碳纳米管油墨制造技术

本发明专利技术描述了碳纳米管喷墨溶液和喷射方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及沉积石友纳米颗粒。
技术介绍
自1991年通过电子显微镜法描述了碳纳米管(CNT)的结构以来，碳纳 米管(CNT)研究领域每年都有显著发展。对碳纳米管的浓厚兴趣源于它们小 的纳米长度级别尺寸以及卓越的化学和物理性质。由于这些独特的性质， CNT具有许多潜在的应用，但是它们的应用受到形成和应用CNT的方法的 限制。近年来已开发了多种新的合成方法。此外，许多表征技术也促进了 它们的结构在原子水平上的分析，并且作为直接结果，CNT的结构-功能关 系变得清晰。存在支持CNT的独特机械和物理性质的数据，并且通过这些 研究展示了多种现实的近期应用。这些应用包括，但不限于，扫描探针尖、 用于仪器和显示器的场发射器、用于传感器应用的纳米电极、和高效导热 体。基于其微观结构，CNT可分为两种类型单壁和多壁CNT。单壁 CNT(SWCNT)为石墨烯(graphene)片的巻起的管状壳，其由苯型六边形碳原 子环构成。多壁CNT(MWCNT)为石墨烯片的同心圆柱体形式的巻起的叠 层，并且层间厚度(0.34nm)等于石墨的层间厚度。随着CNT研究领域的发 展，使CNT应用走出实验室的挑战在于制造加工。所需要的是大规模使用 CNT和高度精确地沉积可控量的CNT的方法。
技术实现思路
在一些实施方式中，描述了具有有机组分、消泡剂组分和碳纳米管的 喷墨溶液。所述溶液包含少于约0.008%的消泡剂组分。在一些实施方式中，描述了形成碳纳米管层的方法。将喷墨溶液喷射 到基底上。然后从所述溶液蒸发掉流体以形成碳纳米管层。所述溶液和方法的实施方式可包含以下特征的 一个或者多个。所述溶液可进一步包含水，其中水占所述溶液的少于30%。所述有机组分可为醇，例如二醇如丙二醇，或者Cl ~ C6醇。所述溶液可包含约60 ~ 80%的所述 有机组分。所述溶液可包含少于约0.005 %的消泡剂组分。所述消泡剂组分 可包括非离子化合物。所述消泡剂组分可包括一种或者多种二醇型的醇， 如2,4,7，9-四曱基-5-癸炔-4,7-二醇，并且所述消泡剂组分是与所述有机组分 不同的化合物。所述溶液可进一步包含在293K下具有至少1000厘泊粘度 的化合物。所述溶液可包含少于5%的碳纳米管、或者少于2%的碳纳米管、 或者约0.1 % ~ 5%的碳纳米管。所述溶液可具有约20~40达因/厘米的表面 张力。所述溶液在17.7。C下可具有约1 5厘泊的粘度。所述溶液可基本上 不含聚合物、粘结剂、树脂和粘合剂。可将所述溶液喷射成具有约40微米 平均直径的液滴。所述溶液可从压电式纟安需滴落(piezoelectric drop on demand)喷墨打印机喷射。本文中所述的溶液和方法的优点可包括以下的一个或多个。由于使用 喷墨打印时，能够将少量的CNT排放在各液滴中，因此可使用很少量的 CNT。本文中所描述的喷墨方法是可缩放(scalable)的，因此可用在工业以及 实验室环境(setting)中。在CNT膜形成之后，具有所述CNT膜的基底可进 行额外处理，包括应用辊对辊(roll to roll)制造技术或者向包括所述CNT的 组件进一步添加印刷薄膜。所述CNT膜可用于场发射应用、低功率X-射线 管中、以及传感器和电子设备中。形成CNT层可实现基底增强，例如可向 工业品(例如汽车外部)添加牢固的轻的CNT涂层。CNT膜可涂布于各种基 底如聚合物、半导体、或者金属上，或者涂布成与基底上的其它层相邻例 如涂布在有机层或者生物分子之上。将CNT喷射在基底上可容许CNT膜的 更灵活使用，尤其是在当形成CNT的其它形式(如化学气相沉积)与基底或 者与其上涂布CNT的组件的其它层不相容时的应用中更是如此。使用很低 量的消泡剂可容许形成在溶液干燥后具有低的污染物水平的CNT膜。本专利技术的一个或者多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐明。本 专利技术的其它特征、目的和优点将通过该描述和附图、以及通过权利要求而 明晰。附图说明图1为硅晶片上的低密度MWCNT的电子显微照片。图2为硅晶片上的CNT的电子色散i普(electron dispersive spectroscopy)。 各附图中的相同附图标记表示相同的元件。具体实施例方式喷墨打印可用于形成CNT薄膜。而且，喷墨打印可非常精确地涂布所 述薄膜，并且因此可用于形成CNT结构体如场发射器以及用于传感器和电 子设备的纳米电极。用于印刷碳纳米管的溶液包括有机组分和润湿或消泡剂、以及碳纳米 管。此外，水可为所述溶液的组分。所述有机组分可为醇，例如乙醇、丙 醇如异丙醇、丙二醇、戊醇、或者其组合。在一些实施方式中，所述有机 组分包括Cl C6醇。CNT为有机物并且疏水，因此所述溶液的不良有机 溶剂可占喷射溶液(jettingsolution)的超过三分之一。在实施方式中，所述有 机组分占所述喷射溶液的至少50% ，例如所述溶液的约60% ~80%，或者 占所述溶液的超过约60 % 、超过约70 %或者超过约80 % 。所述消泡剂可为非离子化合物，例如二醇如2，4,7,9-四曱基-5-癸炔-4,7-二醇，直链醇或者非极性化合物。所述消泡剂可以少量即以少于所述喷射 溶液的约0.008重量％例如少于所述喷射溶液的约0.007重量％、 0,006重 量％、 0.005重量％或0.004重量％的量使用。所述消泡剂可具有低极性。 除了提供使所述喷射溶液中的泡沫减少的优点之外，理论上，所述消泡剂 化合物环绕CNT并且当溶液离心或者超声时，使得各消泡剂/CNT胶束相 互排斥。低浓度的消泡剂可使所喷射的层中CNT的污染物含量保持是低的， 同时适当地调节溶液的表面张力。低含量的消泡剂可避免将污染物除去所 必须的任何后处理。所述溶液还可包含使所述溶液的总体粘度提高的组分。这样的组分在 293K下可具有大于1000厘泊的粘度，例如甘油。甘油可占所述溶液的约2 ~ 40 % ，例如所述溶液的约5 % ~ 30 % 、 7 % ~ 25 % 、 10 % ~ 20 %或12 % ~ 18 % ，如所述溶液的约15% 。任选地，如果需要经着色的CNT层，则可将颜料加入到所述喷射溶液 中。没有颜料时，最终的CNT层对于人类观测者可为透明的。如果所述溶 液不完全由有机物和CNT构成，则水可构成所述溶液的余量。在一些实施 方式中，所述喷射溶液具有少于约30%的水，例如少于约20%或者少于约10%的水。所述喷射溶液的表面张力在约22。C下可为约10~50达因/厘米，如约 15~40达因/厘米、15~35达因/厘米或者约28~33达因/厘米。在17.7。C下 粘度可为1~10厘泊，如约2~8厘泊或约3厘泊。所述溶液中的CNT可为多壁或者单壁CNT。所述溶液可包含少于约10 % ,例如少于约5 % 、 4 % 、 3 % 、 2 % 、 1 % 、或0.5 %的CNT。在一些实施方式中，将CNT结合在DNA的碱基(base)上。将CNT结 合在DNA的碱基上可使CNT按照螺旋或者双螺旋结构排列。由于CNT相 比于DNA碱基的尺寸，仅挑选的DNA碱基可将CNT结合到其上。将CNT 结合到仅一种类型的碱基如嗜啶或者。票呤碱基上可容许沿着DNA对CNT 进行选#^生地定位。本文中本文档来自技高网...

【技术保护点】
喷射溶液，包含：　有机组分；　消泡剂组分，其中所述溶液包含少于约０．００８％的所述消泡剂组分；和　碳纳米管。

【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：简萨梅雷尔，
申请(专利权)人：富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]