捕获和对准纳米线的组合件的方法技术

一种将定向纳米线从液体界面转移到表面上的方法，其包括提供第一液体和第二液体，其中所述第一和第二液体相分离成底部相、顶部相和所述底部相与所述顶部相之间的界面；在所述第一和第二液体中提供纳米线使得大部分所述纳米线位于所述界面处并且将所述纳米线提供到衬底上，使得大部分所述纳米线在所述衬底上彼此对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案本申请案涉及和要求2014年4月29日提交的瑞典申请案第1430057-8号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及形成纳米线装置，并且尤其涉及用于制造纳米线装置的纳米线的捕获和对准。
技术介绍
用于在表面上捕获纳米结构的常规技术集中于具有低长度/直径比率的纳米结构(例如纳米棒、纳米粒子)的对准和捕获/沉积。然而，具有可观的长度/直径比率的纳米结构(例如纳米线)的捕获和对准更加困难。也难以对准具有优选方向的纳米线。常规技术使用外部控制(例如施加电场、缓慢溶剂蒸发或热退火)，其可能需要使用外部设备或高电压以获得纳米结构的对准和捕获/沉积。这些外部控制增加生产成本并且降低纳米线装置制造的可扩展性。
技术实现思路
一个实施例涉及将定向纳米线的组合件从液体界面转移到表面上的方法，其包括提供第一液体和第二液体。第一和第二液体相分离成底部相、顶部相和底部相与顶部相之间的界面。所述方法还包括在第一和第二液体中提供纳米线，使得大部分纳米线位于界面处并且将纳米线提供到衬底上，使得大部分纳米线在衬底上彼此对准。附图说明图1是根据实施例的用于捕获和对准纳米线的组合件的方法的示意性说明。图2是根据实施例的官能化纳米线的示意性说明。图3是根据另一个实施例的对准和组装纳米线的方法的示意性说明。图4是根据另一个实施例的捕获和对准纳米线的组合件的方法的示意性说明。图5是根据实施例的太阳能电池的示意性侧面截面视图。图6-10是根据实施例的纳米线的对准组合件的扫描电子显微镜(SEM)显微图。具体实施方式方法的一个实施例使用位于容器中的第一液体和添加到第一液体中的纳米线分散液。通过将预先构造的纳米线分散于分散液体中来制备纳米线分散液。也就是说，与在分散流体中现场形成纳米线不同，在添加到分散流体中之前构造纳米线。在这一实施例中，选择分散液体使得纳米线分散液在第一液体中不可混溶或仅可部分混溶。以这种方式，当纳米线分散液添加到第一液体中时，第一液体和分散液相分离，产生两相液体系统。比较稠密的液体沉降到容器底部，形成底部相，同时不太稠密的液体浮动到第一液体的顶部，产生顶部相。所得两相系统具有顶部相和底部相以及顶部相与底部相之间的界面。在一个实施例中，纳米线分散液中的纳米线可由相同材料制成。或者，纳米线分散液可包括由不同材料制成的纳米线。适用于本实施例和以下实施例中的纳米线材料包括金属(如金银和其合金)、碳纳米线或纳米管(单壁和多壁)、半导体，包括III-V(包括由Al、In、Ga、N、P、As制成的二元、三元和四元III-V半导体，如GaAs和InP)和II-VI半导体(包括由Zn、Cd、Se、O、S、Te制成的二元、三元和四元II-VI半导体，如ZnO、CdSe)和陶瓷。纳米线可按原样使用或经历下文更详细描述的一或多种表面处理。在向第一液体中添加纳米线分散液之后，接着在界面处组装大部分纳米线。通常，如果具有足够的时间，那么纳米线在界面处自发地组装，也就是说，纳米线在界面处自行对准。然而，纳米线可经历界面处促进或加速纳米线的组装的一或多种条件。加速可以若干种方式实现。举例来说，加速可通过改变顶部相的组成、底部相的组成或改变容器的温度来实现。在一个实施例中，两相系统的顶部相比两相系统的顶部相中纳米线的长度更厚(例如，顶部相具有如图2-4中所示的高度H2，其大于纳米线的长度)。任选地，可在将纳米线转移到衬底之前从容器部分或完全移除顶部相。在界面处形成经对准的纳米线的组合件之后，可将经对准的纳米线的组合件从容器转移到衬底。在一个实施例中，衬底的表面官能化。官能化化合物帮助将纳米线固定到衬底表面。在一个实施例中，通过使衬底的官能化表面移动跨越界面，借助于使官能化表面在界面处与纳米线组合件接触来实现转移。衬底可相对于液体界面垂直、水平或成某一角度地倾斜定向。衬底表面可通过包括特异性官能团的官能性物质的化学反应或物理吸附而经改性(例如官能化)。或者，衬底表面可按原样使用(即裸露的)。可使用的实例基板包括(但不限于)硅、钼、经硅烷改性的硅、金、经硫醇改性的金或具有以物理方式吸附的阳离子性聚合物的硅表面。在另一个实施例中，首先形成两相液体系统，接着向系统中添加纳米线，而不是向第一液体中添加纳米线分散液。因此，可向第一液体中添加第二液体，其与第一液体不同。优选地，第二液体在第一液体中不可混溶或可部分混溶/部分不可混溶。以这种方式并且与前述实施例类似，当向第一液体中添加第二液体时，两液体相分离，产生两相液体系统。比较稠密的液体沉降到容器底部，同时不太稠密的液体浮动到第一液体的顶部，产生两相系统，其具有顶部相、底部相和顶部相与底部相之间的界面。在这一实施例中，纳米线或纳米线分散液可添加到两相系统中或在向第一液体中添加第二液体之前添加到第一液体中。纳米线分散液包含分布于分散液体(例如溶剂)中的纳米线。分散液体可与第一液体或第二液体相同。或者，分散液体可以是与第一和第二液体都不同的第三液体。或者，可添加干燥的纳米线。基于官能化化合物的选择以及液体(例如第一液体、分散液体和第二液体以及添加剂(如果使用))的类型和组成，可控制纳米线的定向和对准。以类似方式，这些参数/组成变量可允许纳米线-纳米线间距变化，产生具有不同(即预先选择)密度(例如每平方微米纳米线密度)的组合件。纳米线-纳米线间距可由在衬底上捕获经对准的纳米线之后覆盖的表面积百分比来推断。在一个实施例中，所述方法包括固定纳米线组合件的额外步骤。在这一实施例中，向具有纳米线组合件的容器中添加固化剂，其引起顶部相或底部相的液体固化。在一个实施例中，固化相是捕获纳米线的软层(例如凝胶或柔性固体层)。或者，如果完全移除顶部液相，可添加可引起底部相的液体固化并且固持纳米线组合件的液体。在另一个替代性实施例中，所述液体中的一种可暴露于辐射(例如热或电磁辐射，如可见光或UV)以使顶部或底部相固化。在另一个实施例中，第一液体、分散液体或第二液体是本身随时间推移而固化的液体。以这种方式，纳米线可在顶部(或底部)相中固定。在另一个实施例中，如果大量移除顶部液相，那么可添加一种液体，其在与底部液体相接触时固化并且固持纳米线组合件。在一个实施例中，通过安置衬底的官能化表面使其在界面处与经对准的纳米线组合件接触，将在顶部和底部相之间的界面处对准的纳米线(优选其中纳米线的长轴实质上垂直于界面表面)以对准方式转移到官能化衬底。纳米线的组合件可由于经对准的纳米线与官能化表面之间的静电相互作用，或由于纳米线与官能化表面之间的凡得瓦尔力(vanderWaals)相互作用而从界面转移到官能化衬底表面。在选择官能化化合物时可考虑的参数是纳米线转移/捕获步骤中官能化表面的湿润特性。衬底表面应由第一液体适当地湿润。也就是说，官能化衬底表面应使纳米线组合件的转移是自发(即在没有帮助的情况下)并且高速地进行。在一个实施例中，第一液体在官能化表面上可具有小于约130度的接触角。接触角优选小于90度，如0到75°。优选地，官能化衬底表面的湿润在纳米线组合件存在下得到促进。在某些捕获几何结构中，第一和/或第二液体与官能化表面之间的高接触角(例如>90°)可以是合乎需要的。具体来说，在使官能化表面从上方与纳米线组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将定向纳米线的组合件从液体界面转移到表面上的方法，其包含：提供第一液体和第二液体，其中所述第一和第二液体相分离成底部相、顶部相和所述底部相与所述顶部相之间的界面；在所述第一和第二液体中提供包含半导体纳米线的纳米线，使得大部分所述纳米线位于所述界面处；以及将所述纳米线提供到衬底上，使得大部分所述纳米线在所述衬底上彼此对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.29 SE 1430057-81.一种用于将定向纳米线的组合件从液体界面转移到表面上的方法，其包含：提供第一液体和第二液体，其中所述第一和第二液体相分离成底部相、顶部相和所述底部相与所述顶部相之间的界面；在所述第一和第二液体中提供包含半导体纳米线的纳米线，使得大部分所述纳米线位于所述界面处；以及将所述纳米线提供到衬底上，使得大部分所述纳米线在所述衬底上彼此对准。2.根据权利要求1所述的方法，其中至少50％所述纳米线相对于所述衬底以实质上单向方式定向。3.根据权利要求1所述的方法，其中至少70％所述纳米线相对于所述衬底以实质上单向方式定向。4.根据权利要求1所述的方法，其中至少80％所述纳米线相对于所述衬底以实质上单向方式定向。5.根据权利要求1所述的方法，其中小于50％所述纳米线相对于所述界面以实质上单向方式定向，但至少50％所述纳米线相对于所述衬底以实质上单向方式定向。6.根据1所述的方法，其中大部分所述纳米线在所述第一与第二液体之间的界面处形成经对准的纳米线的组合件，其中所述纳米线相对于所述界面以实质上单向方式定向。7.根据6所述的方法，其中至少70％所述纳米线相对于所述界面以实质上单向方式定向。8.根据6所述的方法，其中至少80％所述纳米线相对于所述界面以实质上单向方式定向。9.根据权利要求6所述的方法，其中大部分所述纳米线以与所述界面的垂直方向相差不超过20°的方式定向。10.根据权利要求9所述的方法，其中相对于所述界面不以实质上单向方式定向的少数所述纳米线在与所述大部分纳米线的单一方向不同的方向上随机定向或对准。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米线分散于分散液体中以形成纳米线分散液。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述分散液体与所述第一或所述第二液体相同。13.根据权利要求11所述的方法，其中将所述纳米线分散液提供到所述第一液体中，接着向所述第一液体中添加所述第二液体。14.根据权利要求11所述的方法，其中将所述纳米线分散液提供到所述第一液体中，使得所述纳米线分散液体形成所述第二液体。15.根据权利要求11所述的方法，其中将所述纳米线分散液提供到含有所述第一和第二液体的容器中。16.根据权利要求6所述的方法，其更包含通过改变所述第一和第二液体中至少一者的组成、改变所述第一和第二液体中至少一者的温度或使所述纳米线具有足够的时间传递以在所述界面处组装来促进所述纳米线的组合件的形成。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一液体在所述第二液体中不可混溶或可部分混溶。18.根据权利要求1所述的方法，其中：所述纳米线在所述界面处对准并且以经对准的配置从所述界面转移到所述衬底的捕获表面；和所述纳米线以其最长轴实质上垂直于所述衬底的捕获表面的方式定向并且在一端上包含纳米粒子。19.根据权利要求1所述的方法，其更包含使所述纳米线的至少一端官能化。20.根据权利要求19所述的方法，其更包含使所述纳米线的两端官能化，其中所述纳米线的第一端用第一化合物官能化并且所述纳米线的第二端用与所述第一化合物不同的第二化合物官能化。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一化合物是疏水性并且所述第二化合物是亲水性。22.根据权利要求1所述的方法，其更包含用官能化化合物使所述衬底官能化。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述衬底用1-十八烷硫醇或聚乙烯亚胺官能化。24.根据权利要求23所述的方法，其中：所述纳米线中的每一者包含半导体纳米线，其在上部端具有金属催化剂粒子；并且所述纳米线的含有所述金属催化剂粒子的所述上部端用第一官能化化合物官能化，所述第一官能化化合物赋予所述纳米线的所述上部端疏水性或亲水性。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述纳米线的连接到所述衬底的下部端用与所述第一官能化化合物不同的第二官能化化合物官能化，其中如果所述第一官能化化合物是亲水性，那么所述第二官能化化合物是疏水性，或其中如果所述第一官能化化合物是疏水性，那么所述第二官能化化合物是亲水性。26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一官能化化合物是1-十八烷硫醇并且所述第二官能化化合物是(12-膦酰基十二烷基)膦酸。27.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一液体包含碱性水溶液并且所述第二液体包含环戊酮。28.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌梅亚尔·纳西姆，约翰·博里斯特伦，热姆·卡斯蒂略莱昂，佩尔·维克隆德，
申请(专利权)人：索尔伏打电流公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE