第Ⅳ族金属或者半导体纳米线织物制造技术

本发明专利技术提供了一种制造织物的方法。该方法包括：（a）提供包含多个置于液体介质中的纳米晶体的组合物，所述纳米晶体包含选自第IV族元素的材料；（b）将所述组合物施加到多孔基底上，由此从纳米晶体移除至少一部分的液体介质；以及（c）从所述多孔基底移除纳米晶体作为自支撑物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及纳米线，更特别地涉及包含第IV族金属或者半导体纳米线的织物以及这些织物的应用。政府权利的公告在本公开内容中所描述的工作是由空军研究实验室(Air Force ResearchLaboratory) (FA-8650-07-2-5061)和海军研究所(Office of Naval Research)(N00014-05-1-0857)支持的。政府可以具有这里公开的专利技术的一项或者多项中的某些权 利。相关申请的交叉引用本申请要求U.S.临时申请序列号61/308，104 (Korgel等)名称为“第IV族金属或者半导体纳米线织物(GROUP IV METAL OR SEMICONDUCTOR NANOffIRE FABRIC) ” 的优先权，其申请日为2010年2月25日，并且通过引用将其整体引入本文。
技术介绍
通常的纳米粒子、特别是纳米线，在材料科学中已经是颇值得研究的主題。这种兴趣部分源于以下事实许多材料的纳米线经常表现出与相应的体材料显著不同的性质。举例来说，如同几乎所有已知的陶瓷，锗(Ge)是脆性材料1，并且在高温下(大于350°C)仅仅显示可测量的延展性2。这些性质是由晶格中的锗原子之间的方向性的共价键合所产生的，其阻止成核以及用于塑性变形所必需的位错运动(佩尔斯カ(the Peierlsforce))。因此，除非温度非常高，当Ge变形至刚刚通过其屈服点吋，Ge的块晶断裂3。Ge也往往是相对脆弱的，其室温断裂強度仅仅为40至95MPa。这些断裂強度的数量级比对于完美Ge晶体所预期的的理想強度14_20GPa低4’5，并且归因于Ge晶体具有各种几乎不可避免的缺陷以及作为裂纹形成和增长的原因的应カ的这一事实。与块体Ge相比，Ge的晶体纳米线，如同许多其它半导体的那些，由于它们的纳米尺寸因而是机械柔韧的。这些纳米线同样太小而不能支持类似于体材料的缺陷密度，并因此极其強壮。事实上，Ge纳米线的強度接近完美Ge晶体的理想強度。附图简述图Ia是用于本文描述的机械性质测试的Ge纳米线的SEM图像。图Ib是用于本文描述的机械性质测试的Ge纳米线的HRTEM图像。图2a是用两个STM探针操作的Ge纳米线预-断裂的SHM (插图是弯曲纳米线的示意图)。图2b是用两个STM探针操作的Ge纳米线断裂后的SEM。图2c是从在基底附近获得的断裂Ge纳米线得到的被操作Ge纳米线的TEM(插图是图像的FFT)。图2d是从在断裂表面处获得的断裂Ge纳米线得到的被操作Ge纳米线的TEM。图3a是描绘针对不同直径的Ge纳米线所测量的最大(a)曲率半径的图形(所有纳米线具有〈111〉生长方向，由HRTEM图像的FFT测定；參见图2c插图)。图3b是描绘针对不同直径的Ge纳米线测量的最大挠曲应变的图形(所有纳米线具有〈111〉生长方向，由HRTEM图像的FFT测定；參见图2c插图)。图4是描绘针对不同直径的Ge纳米线测量的抗弯强度的图形；灰色阴影区对应于完美Ge晶体的预测断裂強度。6’7图5a是用两个STM探针操作的Ge纳米线的SEM图像，并显示被其中一个探针切割之前并向高应变位置弯曲的纳米线。图5b是用两个STM探针操作的Ge纳米线的SEM图像，并显示被其中一个探针切割之后井向高应变位置弯曲的纳米线。图5c是图5b的Ge纳米线在被探针放开之后的SEM图像。 图5d是显示图5c的Ge纳米线的塑性变形的SEM图像。图6a是向高应变位置弯曲以及通过范德华カ固定在SiN基底的悬臂(cantilevered)Ge纳米线的SEM图像。图6b是图6a的Ge纳米线的HRTEM图像，显示存在裂纹形成的最高应变区域。图6c是图6a的Ge纳米线的HRTEM图像，显示存在裂纹形成的最高应变区域。图6d是显示在图6a的Ge纳米线中金刚石立方体和无定形相之间的轮廓(參见虚线)的HRTEM图像。图7a是在氧化铝过滤膜上干燥的Ge纳米线织物的图片。图7b是图7a的Ge纳米线织物在从过滤器移去之后(纳米线织物的直径为大约13mm)的图片。图8a是薄Ge纳米线织物边缘的SEM图像。图8b是厚Ge纳米线织物边缘的SEM图像。图9a是根据本文教导制造的Ge纳米线纸片段的SEM图像。图9b是根据本文教导制造的Ge纳米线纸片段的SEM图像。附图说明图10-11是使用槽设计以制备根据本文教导的纳米线织物或者“卷轴”的方法的图像。图12是根据本文教导制备的纳米线织物并从其上形成该织物的隔离衬垫(release liner)移去之后的图像。图13-15是包含已用聚こニ醇(PEG)接枝的Ge纳米线的织物的SEM图像。图16是用本文公开类型的Ge织物制造的光检测器的照片。图17是对于图16的光检测器的电流作为电压的函数的图形。图18是对于图16的光检测器的电流作为时间的函数的图形。图19是对于图16的光检测器的导电率作为时间的函数的图形。图20是根据本文教导制造的Ge纳米线的SEM图像(带有TEM图像插图)。图21是(a) 100 u m厚Kraton和具有两种不同Ge纳米线填充的Kraton-Ge纳米线复合材料以及(b)分散在DMSO中的PEG化的Ge纳米线(25 y g/mL)的室温吸收光谱。(a)中的插图=Kraton-Ge纳米线复合材料的图片；(b)中的插图PEG化之前(左)和之后(右)的巯基i^一烷酸处理的Ge纳米线在DMSO中的浓缩分散体的照片。记录的吸收值都低于I. O。图22显示用于计算Ge纳米线的光学吸收的DDA模型。(a)中示意的纳米线被模型化成2X2偶极子(dipole)横截面的偶极子阵列，如(b)和(c)中所示。为了计算，将入射光施加到具有特定极化的偶极子的集合，如(d)中所示。每个偶极子发射一个电场，如(e)中所示，并且在特定的偶极子处的总电场是入射电场和在纳米线中所有其它偶极子的场的总和。图23显示在入射光极化设置为(a)垂直于或者(b)平行于纳米线轴时，不同直径的Ge纳米线(2pm长)的光学消光横截面的DDA计算。为了清楚起见数据已经垂直位移。图24显示(a)使用等式(10)- (12)对直径30nm和长度2 ii m的锗纳米线所计算的散射、吸收和消光横截面(分别为Csrat、Cabs、ら)。插图如本文描述的相对于入射场的极化方向的纳米线取向的图解。(b)复折射率的实数(n)和虚数(k)部分，n+ik，对于Ge作为波长的函数25。在(c)中，每个条代表用一定波长的光照射的30nm直径和2 u m长的纳米线，显示所计算得的沿着纳米线长度的电场强度。图25显示(a)块体Ge8、分散在DMSO中的PEG化的Ge纳米线(25 ii g/mL，或者0. 00047vol%)、在Kraton中的经十二碳烯处理的Ge纳米线(0. 7wt%, 100 u m厚)的光吸收 系数，和对于30nm直径和2 u m长的纳米线的标准化DDA计算，其中入射光极化矢量同样沿着每个轴取向。(b)块体光吸收系数、PEG化Ge纳米线吸收系数和在线性尺度上显示的DDA计算。图26是由40分钟反应得到的Si纳米线的SEM图像，以及在(B) 10分钟、(C) 20分钟、(D) 40分钟、(E) 2小时和(F) 6小时反应运行时间之后的Si纳米线的代表性TEM图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·A·科格尔，D·A·史密斯，V·C·霍尔姆博格，R·帕特尔，P·图尔克，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：