通过选择性化学修饰将碳纳米管涂层形成图案制造技术

本发明专利技术涉及通过经由使用侧壁基团官能化而破坏涂覆的碳纳米管的导电性以修饰所述的碳纳米管（ＣＮＴ）网络，将碳纳米管透明导电涂层／膜形成图案的方法。将得到的经历化学修饰的区域比那些没有改变的区域赋予更加导电或更不导电的。这导致了形成图案的膜，其中将所述图案成形而形成电极、像素、导线、天线或其它电子元件。另外，化学修饰的ＣＮＴ的区域可以回复到它们初始的导电状态（即可逆的和可重复的），或者被固定而产生永久图案。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过选择性化学修饰将碳纳米管涂层形成图案 相关申请的引用本申请要求2004年5月7日提交的美国临时申请号60/568,693，名称C72em/ca/ Mod诉caWo""的优先权，该申请的全部通过引用而具体地结合于 此。背景1. 专利
本专利技术涉及通过用侧壁官能作用对涂覆的碳纳米管网络进行修饰以破 坏所述碳纳米管导电性而将碳纳米管透明导电涂层和膜形成图案的方法。 本专利技术还涉及得到的形成图案的碳纳米管网络。2. 背景描述许多电子器件需要对可见光光学透明的电导体。所述透明电导体通过 传送电力而起到操作用户界面例如触摸屏或发送信号到LCD显示器中的 像素的作用。透明导体是许多光电子设备中的主要元件，所述的光电子设 备包括平板显示器、触摸屏、电致发光灯、太阳能电池板、"智能"窗和 OLED照明系统。在所有这些应用中，用户必须看透所述导电层而进行操 作。另外，透明的形成图案的导体在制造生物计量身份证即智能卡中是有 价值的，其中信息被存储在导电层中或者通过导电层传递。这样卡片中的 透明导体层的使用对于安全目的是有利的，因为难以发现所述信息。未来 的电子设计在功能和形式上受用于产生导电透明层的现有材料和方法的 限制。存在对导电光学透明涂层和膜的需求，所述涂层和膜是更透明的， 同样导电的，利用大面积图案形成和烧蚀技术加工的，挠性的并且完全低 成本。目前大多数透明电极是由透明导电氧化物例如氧化铟锡(ITO)制成的， 并且是四十年来的优选选择。通过真空淀积将ITO涂覆到光学透明衬底， 然后利用昂贵的光刻技术以除去过量的涂层并形成导线和电极而形成图 案。两种方法对于放大以覆盖大面积是困难而昂贵的。ITO也具有一些相 当显著的局限性l)ITO膜是易碎的(对于挠性应用，例如在塑料显示器、 塑料太阳能伏打电池(solar voltaic)和耐磨电路中的挠性应用，机械可靠性 考虑)；和2) ITO线路典型地是通过真空溅射接着是光刻蚀刻而形成的(对 于大体积/大面积应用，制造成本可能是太高)。进行了提供透明电极以替代ITO膜的努力。 一个典型实例是ITO粒子 在聚合物粘合剂中的悬浮液。然而，这种填充了 ITO的体系不能符合连续 ITO膜的导电性。此外，透明导电聚合物材料目前正在开发中。这些聚合 物典型地需要掺杂剂以给予导电性，并且利用丝网印刷或墨水喷射涂覆技 术被涂覆在衬底上。虽然它们还是在开发阶段，并且也已经达到ITO膜的 传导水平，但是预期掺杂剂的存在对于控制所述导电性具有不利的作用， 并且可能与器件小型化不相适合。因而，需要用于形成具有适宜导电性图案的涂层的有效、快速和节省 成本的方法，同样需要来自这些方法的改进产品。专利技术概述本专利技术克服了现有的用于产生导电涂层图案的减法或加法相关的问题 和缺点。本专利技术的一个实施方案涉及将表面的导电涂层形成图案的方法，所述方法包含将碳纳米管涂覆到所述表面而形成涂层，并且将所述涂层的区 域暴露于改变导电性的反应体，通过将碳纳米管侧壁基团官能化增加或者 减少只有所述区域的电导率。涂覆可以包含喷涂、辊涂、真空沉积和这 样方法的组合，还有其它熟知的涂布方法。所述碳纳米管是导电的、半导 体的或二者的组合，并且选自包括单壁、双壁、多壁和它们的组合的组。 反应体可以包含强度足以官能化所述碳纳米管侧壁基团的紫外光，和光反应性化学品，例如在氧存在下的四氧化锇。碳纳米管侧壁基团可以由环加成官能化，例如气味酯(osmyl ester)或奎宁-型官能团的环加成而官能化。所述形成图案的导电涂层可以形成电路。本专利技术的另一个实施方案涉及根据本专利技术的可逆图案形成，其中将所 述图案形成逆向包括将所述涂层在存在氧而不存在所述反应体的情况下 暴露于紫外光。本专利技术的另一个实施方案涉及根据本专利技术将形成的图案固定，其中将 形成的图案固定包含将所述涂层暴露于水例如周围空气中的水蒸气。本专利技术的另一个实施方案涉及将由本专利技术的方法制成形成图案的导电 涂层。本专利技术的另一个实施方案涉及选择性地将碳纳米管涂层形成图案的方 法，该方法包括将所述涂层暴露于紫外光和官能化碳纳米管侧壁基团的 化学反应体。有用的化学反应体包括四氧化锇和氧，其中所述氧包括溶解 在溶剂中的氧。涂层还可以通过涂覆聚合的或无机的粘合剂而用形成图案 的导体外涂，从而提供对所述导电层的环境保护。本专利技术的另一个实施方案涉及将表面导电涂层形成图案的方法，该方 法包括将碳纳米管涂覆到所述表面而形成涂层，并且将所述涂层的区域 暴露于改变导电性的反应体，所述的改变导电性通过将碳纳米管侧壁基团 官能化而增加或者减少只有所述区域的电导率，其中所述反应体包含重氮 反应体。有用的重氮反应体包括4-溴重氮苯四氟硼酸盐、4-氯重氮苯四氟硼酸盐、4-氟重氮苯四氟硼酸盐、4-叔-丁基重氮苯四氟硼酸盐、4-硝基重 氮苯四氟硼酸盐、4-甲氧羰基重氮苯四氟硼酸盐、4-十四烷基重氮苯四氟 硼酸盐和它们的组合。所述化学反应体选择性地官能化碳纳米管侧壁而形 成图案。本专利技术的另一个实施方案包括将由本专利技术方法制成的形成图案的碳纳 米管涂层。可以将形成图案的涂层涂覆到透明的导电层用于信息的存储。 存储的信息可以包含一人或多人的个人信息、职业信息、公司信息、娱乐 信息、词典信息、业务记录或者它们的组合。本专利技术的其它实施方案和优点部分列出在下面的描述中，并且部分可 以从该描述是显而易见的，或者可以从本专利技术的实施中学到。专利技术描述大多数透明电极是由透明导电金属氧化物例如氧化铟锡(ITO)制成的。 基本上，将ITO涂覆到光学透明的衬底并且利用昂贵的光刻工艺以除去过 量的涂层并形成导线和电极而形成图案。所述方法在大面积上进行是困难 的而昂贵的。已经进行了提供透明电极替代ITO膜的努力。典型的实例是 ITO粒子在聚合物粘合剂中的悬浮液。这种ITO填充的体系不能符合连续 ITO膜的导电性。金属氧化物涂层的备选方案是碳纳米管(CNT)的涂层。CNT可以在涂 覆的表面形成导电网络。利用低成本、大面积、常规的湿法涂覆方法形成 这些涂层，所述的湿法涂覆方法例如但不限于，喷涂、浸涂和辊涂。可以 在沉积过程中通过用选择性方法例如喷墨印刷、丝网印刷、照相凹板涂覆 和本领域技术人员已知的其它常规涂覆方法，将所述CNT只涂覆在需要 的地方而将这样的涂层形成图案。借助于印刷或喷涂，通过这个碳纳米管 网络的受控涂覆，形成图案的区域可以形成为器件中的电极起作用。形成 这些电极的印刷工艺的使用消除了更昂贵方法的需要，例如目前在形成 ITO涂层过程中典型采用的真空沉积和光刻法。选择性沉积的备选方案是 将连续的CNT涂层涂覆到表面，接着通过CNT的一个或多个区域的烧蚀 或减去而形成图案。例如，激光蚀刻可以在不希望留下图案的地方选择性 地除去所述CNT。碳纳米管是已知的并且具有常规的含义(R. Saito， G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, "/7z戸,ca/ /V，mky o/ CorZ)o" 7Va"o励W， Imperial College Press, London U.K. 1998，或A. Zettl 'Wo"-Ca^o" 7V,/由s" Advanced Materials, 8,第443页，1996)。碳纳米管包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将表面的导电涂层形成图案的方法，该方法包括：　将碳纳米管涂覆到所述表面而形成涂层；　将所述涂层的区域暴露于通过官能化碳纳米管侧壁基团仅修饰所述区域导电性的反应体。

【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：PJ格拉特考斯基，
申请(专利权)人：艾考斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]