專利名稱：：用于沉積高縱橫比分子結(jié)構(gòu)的方法用于沉積高縱橫比分子結(jié)構(gòu)的方法本發(fā)明涉及一種用于移動高縱橫比分子結(jié)構(gòu)(HighAspectRatioMolecularStructure)(HARMS)的方法，并涉及這種方法的用途。已有技術(shù)高縱;鏡比分子結(jié)構(gòu)(HARMS)由于它們小的尺寸以及它們獨(dú)特的、接近一維的形態(tài)，是用于納米級以上器件的前景看好的組件塊(buildingblock)。HARM結(jié)構(gòu)的例子包括納米管(NT)、納米棒、絲狀體及其它管狀棒或帶狀物或其它高縱橫比分子結(jié)構(gòu)，其中納米管例如碳納米管(CNT)、富勒烯官能化碳納米管(fullerenefunctionalizedcarbonnanotube)(FFCNT)、氮化硼NT(BNNT)，納米棒包括包含碳、磷、硼、氮和硅的納米棒?；贖ARMS的體系結(jié)構(gòu)，例如場效應(yīng)晶體管(field-effecttransistor)、場致發(fā)射顯示器(fieldemissiondisplay)、存儲器件、量子線以及邏輯門電路已經(jīng)^皮證實(shí)。然而，為了進(jìn)一步的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用，極需要發(fā)展用于HARM結(jié)構(gòu)的可控制的且經(jīng)濟(jì)的合成、分離、收集、沉積、圖案化(patterning)以及并入器件的方法。特別地，HARM結(jié)構(gòu)的許多應(yīng)用要求大量單個的(即，未成束的(unbundled))HARM結(jié)構(gòu)在氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)分散體中或以層、膜、圖案化沉積物或三維結(jié)構(gòu)形式作為表面上的沉積物。然而，問題是，由于強(qiáng)分子間(例如范德華和庫倫)力，許多類型的HARM結(jié)構(gòu)在它們合成、輸運(yùn)和/或存儲期間自發(fā)形成束。例如，通過碳弧放電、激光燒蝕和/或高壓CO工藝生產(chǎn)CNT涉及高的管成束(tubebundling)禾呈度。在分散體、層、膜或結(jié)構(gòu)中選擇性地生產(chǎn)單獨(dú)的HARM結(jié)構(gòu)的方法是本領(lǐng)域中已知的。然而，已有技術(shù)方法的問題是，單獨(dú)的HARM結(jié)構(gòu)的分離一般需要必須利用表面活性劑、聚合物、肽或其它化合物來將束剝落并提取個體的分開的合成、純化、官能化和/或沉積步驟。這一過程可能顯著地改變HARM結(jié)構(gòu)的初始性質(zhì)，并且是昂貴的、消耗時間的和低效率的。例如所支持的化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法已經(jīng)被用于在表面上直接合成單獨(dú)的HARM結(jié)構(gòu)。然而，對使用高生長溫度和/或特定的表面反應(yīng)性的需求必然限制熱敏的或熱反應(yīng)的基底材料(例如，聚合物)的使用以及阻止HARM結(jié)構(gòu)簡單地并入到例如納米級的電子器件、導(dǎo)電膜或結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中。本發(fā)明的目的是消除上面提到的缺陷。本發(fā)明的目的是提供一種用于沉積HARM結(jié)構(gòu)的新方法。本發(fā)明的目的是提高合成材料的使用效率及產(chǎn)品收率、減少或消除處理過程中HARM結(jié)構(gòu)的降解、允許成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的分離以及允許在多種基底上低溫均相沉積或圖案化沉積(patterneddeposition),這非常有利于工業(yè)和商業(yè)。發(fā)明概述所述方法及其用途的特征是權(quán)利要求中所提出的內(nèi)容。本發(fā)明是基于所進(jìn)行的研究工作，在該研究工作中意外地發(fā)現(xiàn)HARM結(jié)構(gòu)具有特別有用的性質(zhì)。術(shù)語HARM結(jié)構(gòu)(高縱橫比分子結(jié)構(gòu))旨在包括但不限于納米管、碳納米管、富勒烯官能化碳納米管、氮化硼納米管、納米棒、絲狀體和/或任何其它的管、管狀棒和/或帶狀物和/或任何其它的高縱橫比分子結(jié)構(gòu)，例如以單個的或成束的形式，所述納米棒包括含有碳、磷、硼、氮和/或硅的納米棒。換句話說，所謂的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)可意味著一個或多個不同的和/或類似的HARM結(jié)構(gòu)。所謂一個或多個HARM結(jié)構(gòu)可意味著一個或多個類似的HARM結(jié)構(gòu)，以石友納米管為例，例如成束形式的和/或單個形式的碳納米管。HARM結(jié)構(gòu)的一個特殊的性質(zhì)是HARM結(jié)構(gòu)束的自發(fā)充電以及單個的HARM結(jié)構(gòu)的電中性。在合成過程中，以及在沒有任何附加充電的情況下，例如成束的CNT大部分帶有凈電荷，而單個的CNT大部分不帶電。因?yàn)镠ARM結(jié)構(gòu)基本上是一維結(jié)構(gòu)，并且表面原子的大部分可用來與鄰近的HARM結(jié)構(gòu)直接接觸，這會導(dǎo)致充電，所以類似的行為發(fā)生在所有HARM結(jié)構(gòu)中。此充電現(xiàn)象可用于移動(例如加速)、分離和/或沉積一個或多個HARM結(jié)構(gòu)，例如單個的和/或成束的HARM結(jié)構(gòu)。同樣，HARM結(jié)構(gòu)的不同的其它性質(zhì)可用于，例如使成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)相互分離，和/或用于沉積所述結(jié)構(gòu)。例如，相對于單個的HARM結(jié)構(gòu)，成束的HARM結(jié)構(gòu)所增加的質(zhì)量可用于通過單個的HARM結(jié)構(gòu)與成束的HARM結(jié)構(gòu)的不同的慣性力與阻力的比率使它們分離。此比率由斯托克斯數(shù)(St)確定，斯托克斯數(shù)定義為St=(pdU)/(18pL)，其中p是單個的或成束的HARM結(jié)構(gòu)的有效密度，d是成束的或單個的HARM結(jié)構(gòu)的有效直徑，U是載流速度(carrierfluidspeed),p是載流粘度，以及L是通道或噴口的特征尺寸。成束的HARM結(jié)構(gòu)比單個的HARM結(jié)構(gòu)顯示出更高的斯托克斯數(shù)。本發(fā)明涉及一種用于沉積高縱橫比分子結(jié)構(gòu)(HARMS)的方法，該方法中，在包括一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的氣溶膠上施加力，所述力使基于一種或多種物理特征和/或性質(zhì)的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)朝向一個或多個預(yù)定位置移動，用來依靠所施加的力將一個或多個HARM結(jié)構(gòu)沉積在模板(pattern)中。換句話說，所述力使所述一個或多個HARM結(jié)構(gòu)在一個或多個預(yù)定方向上移動。所述力可以，例如移動成束的結(jié)構(gòu)，但不移動單個的結(jié)構(gòu)。此外，所述力可以選擇性地移動特定的先前帶電的結(jié)構(gòu)。所謂氣溶膠可以意味著一個或多個HARM結(jié)構(gòu)是在氣相中。所謂氣溶膠可以意味著在氣態(tài)負(fù)載介質(zhì)(gaseoussupportingmedium)中的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的分散體。所謂模板意味著HARM結(jié)構(gòu)可沉積到的任何所希望的形式。模板可以是，例如符號、區(qū)域、字母、文本、箭頭、直線、圓形、矩形和/或任何其它的圖形圖像和/或圖形的形式。才莫板可以是任何希望的結(jié)構(gòu)和/或空間形式的形式。模板可以是成層的結(jié)構(gòu)的形式。模板可以是，例如層和/或膜的形式。模板可以是希望的圖案化的印模(stamp)和/或掩模(mask)的形式。模板可以是連接的和/或不連接的元件的格柵和/或陣列的形式。模板可以是三維的圖案化的多層結(jié)構(gòu)的形式。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，將力施加在一個或多個成束的HARM結(jié)構(gòu)上。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，將力施加在一個或多個單個的HARM結(jié)構(gòu)上。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，將力施加在一個或多個成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)上，其中所述力使基于一種或多種物理特征和/或性質(zhì)的成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)移動。這樣，一個或多個成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)可以^皮移動到發(fā)生沉積的一個或多個預(yù)定位置。物理特征和/或性質(zhì)可以是，例如HARM結(jié)構(gòu)的電荷和/或質(zhì)量、和/或任何其它的特4正，例如基于對特定的HARM結(jié)構(gòu)起作用且由此通過力移動特定的HARM結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。所謂物理特征和/或性質(zhì)意味著HARM結(jié)構(gòu)的任何自然存在的特征和/或性質(zhì)、和/或任何特征，例如，HARM結(jié)構(gòu)已賦予的性質(zhì)。例如，HARM結(jié)構(gòu)可在進(jìn)行依據(jù)本發(fā)明的方法之前或進(jìn)行依據(jù)本發(fā)明的方法的過程中通過任何適當(dāng)?shù)姆椒◣щ姟＠?，除了?或可選擇地成束的結(jié)構(gòu)的自然帶電和單個的結(jié)構(gòu)的自然中性電荷之外，可以在進(jìn)行本方法之前^f吏用任何適當(dāng)?shù)姆绞绞挂粋€或多個所希望的特定的HARM結(jié)構(gòu)帶電。這樣，例如也可以使單個的自然不帶電的HARM結(jié)構(gòu)帶電，例如為了使它們能夠沉積。也可以使成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)帶電，以便為它們提供所希望的物理特征，以至于兩種HARM結(jié)構(gòu)對所施加的力作出反應(yīng)。優(yōu)選地，這一物理特征和/或性質(zhì)是電荷，是自然存在的電荷或所提供的電荷，基于此特征和/或性質(zhì)，所述力使一個或多個HARM結(jié)構(gòu)移動。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述方法作為HARM結(jié)構(gòu)的合成和/或生產(chǎn)之后的步驟進(jìn)行。換句話說，HARM結(jié)構(gòu)可以在進(jìn)行依據(jù)本發(fā)明的方本發(fā)明的方法還可以在HARM結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)步驟中進(jìn)行。然而，在本方法中j吏用已經(jīng)合成的HARM結(jié)構(gòu)。換句話說，沉積已經(jīng)合成的或生產(chǎn)的HARM結(jié)構(gòu)?？蓪⒘κ┘釉诜稚Ⅲw上，例如包括一個或多個成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的混合物，其中所述力使基于一種或多種物理特征和/或性質(zhì)的成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)移動，用于使成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)基本上相互分離。優(yōu)選地，所述力基本上使成束的或單個的HARM結(jié)構(gòu)移動。HARM結(jié)構(gòu)可以配制為氣體中的分散體、液體中的分散體、粉末中的分散體和/或固體中的分散體。例如混合物的所述分散體可以作為氣溶膠懸浮在氣相中、作為水溶膠懸浮在液體中、懸浮在顆粒狀和/或粉末狀介質(zhì)中、可以是玻璃和/或固體和/或在真空中存在。例如作為分散體的HARM結(jié)構(gòu)可以，例如被引入到電力場中，其中自然帶電的成束的HARM結(jié)構(gòu)在電場中移動或加速，而單個的HARM結(jié)構(gòu)是基本上未受影響。換句話說，所述力選擇性地使成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)相對于彼此移動，使得通過這種方式，成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)凈皮分離和/或隔離。一個或多個HARM結(jié)構(gòu)可以在氣態(tài)、液體和/或固體分散體和/或基質(zhì)中沉積和/或在作為層、才莫^l和/或結(jié)構(gòu)的表面上沉積。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，例如成束的或單個的HARM結(jié)構(gòu)可以4皮沉積。例如，分離的成束的和/或單個的HARM-結(jié)構(gòu)可以一皮沉積。例如，成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)可以^皮沉積。例如，成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的分散體可以被沉積。例如，如果需要，先前分離的、成束的HARM結(jié)構(gòu)可以被沉積在表面上。例如，以這種方式使得從分散體移出所迷HARM結(jié)構(gòu)且收集所述HARM結(jié)構(gòu)用于進(jìn)一步應(yīng)用成為可能。如果需要，還可以使所述HARM結(jié)構(gòu)作為分散體保留，那樣的話，分別產(chǎn)生包括成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的兩種分散體。可在依據(jù)本發(fā)明的方法中使用不同類型的力。移動以及例如進(jìn)一步沉積一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的力可以是電力、靜電力、磁力、慣性力、聲力(acousticforce)、粘性力、光泳力(photophoreticforce)、熱泳力(thermophoreticforce)和/或重力?？梢越Y(jié)合不同種類的力?？梢越Y(jié)合力以包括，例如慣性碰撞、重力沉降以及聲聚焦(acousticfocusing)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，HARM結(jié)構(gòu)是自然帶電或不帶電的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，HARM結(jié)構(gòu)是帶正電、帶負(fù)電或電中性(不帶電)的。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，使用任何適當(dāng)?shù)倪^程給HARM結(jié)構(gòu)提供電荷。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，移動一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的力包括移動自然帶電的成束的HARM結(jié)構(gòu)的電力。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述力包括慣性力，慣性力對成束的HARM結(jié)構(gòu)起作用，并因此優(yōu)選地移動成束的HARM結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，移動一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的電力通過靜電力，即電場提供。靜電力可例如，通過使導(dǎo)電材料與不導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的基底接觸來提供，以便使基底的表面帶電，由此使具有給定的電荷的一個或多個類似的和/或不同的HARM結(jié)構(gòu)朝向具有相反電荷的表面區(qū)域移動。導(dǎo)電材料可具有圖案化的印?；蜓谀５男问?。此圖案化的印模或掩?？赏ㄟ^接觸充電被轉(zhuǎn)印到不導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的材料表面。所希望的HARM結(jié)構(gòu)只朝向帶電的才莫板移動，在帶電的才莫板處沉積，從而形成HARM結(jié)構(gòu)的圖案化沉積物。此外，用于移動，例如用于加速和/或進(jìn)一步沉積的力可以是熱泳力。熱泳力可以例如通過靠近平行的冷卻的板或表面的加熱的板或表面提供，以便使希望的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)朝冷卻的板或表面的方向移動。此外，冷卻的板可在預(yù)定的區(qū)域中加熱，以便形成可選擇的熱的和冷的區(qū)域的才莫板，并因此使所希望的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)移動到冷的區(qū)域，從而形成HARM結(jié)構(gòu)的圖案化沉積物。還可以在所述冷卻的板或表面和HARM結(jié)構(gòu)的分散體/混合物之間放置基底，以便使所希望的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)移動到冷的區(qū)域，從而在基底上形成圖案化沉積物。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，可將一種或多種反應(yīng)物、試劑、涂層材料、功能化材料、表面活性劑和/或摻雜劑添加到一個或多個HARM結(jié)構(gòu)，例如添加到成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的分散體，添加到成束的HARM結(jié)構(gòu)或單個的HARM結(jié)構(gòu)。這樣，可以，例如在沉積前對HARM結(jié)構(gòu)改性，和/或例如形成復(fù)合物或功能化材料，或在沉積前以其它方式對一個或多個HARM結(jié)構(gòu)改性。通過依據(jù)本發(fā)明的方法，可將分離的分散的單個的和/或成束的HARM結(jié)構(gòu)沉積到表面、膜和/或固體、液體和/或氣體分散體和/或基質(zhì)材料上，和/或沉積到表面、膜和/或固體、液體和/或氣體分散體和/或基質(zhì)材料中。在例如沉積和/或收集HARM結(jié)構(gòu)之前和/或之后，HARM結(jié)構(gòu)還可以一皮定向、涂層、功能化和/或其它的改性。成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)可以在界定的位置中的模板和/或結(jié)構(gòu)中被沉積。此外，可以使用各種方法來增加HARM結(jié)構(gòu)的沉積效率，包括但不限于，電泳、磁泳(magnet叩horesis)、熱泳、慣性碰撞、重力沉降、光泳、聲聚焦和/或某些其它類似的方法。例如HARM結(jié)構(gòu)復(fù)合物的HARM結(jié)構(gòu)，可以配制為在氣體、液體、固體、粉末、糊狀物和/或膠態(tài)懸浮體中的分散體，和/或它們可以被沉積在表面上。本發(fā)明進(jìn)一步涉及所述方法在用于生產(chǎn)、分離、改性、沉積和/或進(jìn)一步處理一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的連續(xù)過程或分批過程中的用途。本發(fā)明進(jìn)一步涉及依據(jù)本發(fā)明的方法在功能材料制備中的用途。本發(fā)明進(jìn)一步涉及依據(jù)本發(fā)明的方法在厚膜或薄膜、線路(line)、線、才莫板、成層的和/或三維結(jié)構(gòu)的制備中的用途。本發(fā)明進(jìn)一步涉及依據(jù)本發(fā)明的方法在器件制備中的用途。例如，器件可以是電容器的電極、燃料電池或電池、邏輯門、機(jī)電作動器(electro-mechanicalactuator)、變4灸器(inverter)、〗果測器或傳感器、光源或二極管、熱離子電源、場效應(yīng)晶體管、吸熱設(shè)備或散熱器、印制電路中的金屬基復(fù)合材料或聚合物基復(fù)合材料、晶體管、藥物分子載體或場致發(fā)射顯示器中的電子發(fā)射體。器件可以進(jìn)一步是在其制備中可以使用依據(jù)本發(fā)明的方法的任何其它的器件。依據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)勢在于其可以作為連續(xù)過程和/或分批過程進(jìn)行。此外，所述方法允許在存在或不存負(fù)載介質(zhì)的情況下，原位分離單個的HARM結(jié)構(gòu)和HARM結(jié)構(gòu)束。依據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)勢在于其不需要使用高的基底溫度或表面反應(yīng)性，且不需要HARM結(jié)構(gòu)在與它們被沉積的位置相同的位置被合成。這樣，所述方法允許寬范圍的以前不能利用的基底和/或合成方法用于材料、部件或器件制造。所述優(yōu)勢在于在沒有任何溫度和/或反應(yīng)性限制的多種基底上的所述HARM結(jié)構(gòu)的分散、均相和/或圖案化沉積可以在分離之后。例如，由于可以在環(huán)境溫度下進(jìn)行收集，這使得單個的或成束的CNT的沉積，例如在多種基底上的沉積成為可能，所述基底包括那些不能耐受高的處理溫度的基底。所述方法進(jìn)一步允許HARM結(jié)構(gòu)在與它們被分離、沉積、收集和/或圖案化的位置不同的位置中被合成，因此允許使用寬范圍的基底、圖案化和/或合成方法。進(jìn)一步的優(yōu)勢在于HARM結(jié)構(gòu)可以直接地在如膜或?qū)拥谋砻嫔铣练e或者在三維結(jié)構(gòu)中沉積或者在氣體、液體或固體分散體中沉積。HARM結(jié)構(gòu)還可以直接地在表面上的圖案化和/或成層的沉積物中沉積，或者在可以被并入基于HARM的器件中的三維圖案化的多層結(jié)構(gòu)中沉積。此外，分離和/或沉積過程可以直4妻地與例如HARM結(jié)構(gòu)的合成過程相結(jié)合。因此，依據(jù)本發(fā)明的方法可以被結(jié)合到用于生產(chǎn)基于HARM結(jié)構(gòu)的分散體、膜、模板和成層的結(jié)構(gòu)的連續(xù)過程中。換句話說，依據(jù)本發(fā)明的方法可以是綜合過程的一部分，其可以包括若干不同的步驟，包括但不限于，合成HARM結(jié)構(gòu)、分離不同類別的HARM結(jié)構(gòu)、沉積HARM結(jié)構(gòu)、以及再利用未利用的試劑，例如，再利用在HARM結(jié)構(gòu)的合成中未利用的試劑。附圖列表在下面的部分中，將參考附圖，通過具體的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1示出用于移動HARM結(jié)構(gòu)并從而使成束的HARM結(jié)構(gòu)與單個的HARM結(jié)構(gòu)分離的本方法的一個實(shí)施方式。圖2a示出用于連續(xù)地分離和選擇性地沉積成束的HARM結(jié)構(gòu)的本方法的一個實(shí)施方式。圖2b示出用于分批分離和選擇性地沉積成束的HARM結(jié)構(gòu)的本方法的一個實(shí)施方式。圖3a、3b和3c示出用于將成束的HARM結(jié)構(gòu)與單個的HARM結(jié)構(gòu)分離和選擇性地沉積的本方法的其它的實(shí)施方式。圖4示出用于沉積單個的HARM結(jié)構(gòu)的本方法的一個實(shí)施方式。圖5示出用于圖案化沉積混合的成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)、只有成束的HARM結(jié)構(gòu)和/或只有單個的HARM結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的一個實(shí)施方式。圖6示出用于通過熱泳來沉積混合的成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)、只有成束的HARM結(jié)構(gòu)和/或只有單個的HARM結(jié)構(gòu)的本方法的一個實(shí)施方式。圖7a和7b示出用于通過熱泳來圖案化沉積混合的成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)、只有成束的HARM結(jié)構(gòu)和/或只有單個的HARM結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的其它的實(shí)施方式。圖8示出用于合成以及進(jìn)一步處理HARM結(jié)構(gòu)的連續(xù)過程。圖9a示出氣相中成束的CNT的自然帶正電和帶負(fù)電的部分的遷移尺寸分布(mobilitysizedistribution)(使用不具有241Am雙極充電器(bipolarcharger)的DMA來測量)；(b)生成態(tài)的成束的CNT的TEM圖像。圖10示出a)在不同CO濃度下全部的CNT和中性的CNT以及催化劑顆粒的遷移尺寸分布間的比較，以及b)對CO濃度所繪制的顆粒的帶電百分率(N+/_)和顆粒數(shù)濃度。圖11示出a)在不同熱線式加熱功率下的全部的CNT和中性的CNT以及催化劑顆粒的遷移尺寸分布間的比較，以及b)對熱線式加熱功率所繪制的氣溶膠顆粒的帶電百分率(N+/_)和顆粒數(shù)濃度。圖12示出(a)單個的CNT的TEM圖像以及(b)單個的和成束的CNT的TEM圖^象。圖13示出沉積到(a)基于熱敏聚合物的基底(SU-8;l(Him厚的層)以及(b)Si3N4基底(119pm厚的層)上的單個的CNT的AFM圖像。圖14示出沉積在Si3N4膜格柵(membranegrid)上的單個的CNT的AFM圖像。圖15示出沉積在Si02基底上的單個的CNT的AFM圖像。圖16(a和b)示出在應(yīng)用靜電電荷的兩個不同位置處沉積在二氧化硅基底上的成束的CNT的SEM圖像。發(fā)明詳述圖1示出用于移動以及由此使成束的HARM結(jié)構(gòu)與單個的HARM結(jié)構(gòu)分離的本方法的一個實(shí)施方式。成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的混合物(1)共同地受到力(2)的作用，基于成束的HARM結(jié)構(gòu)和單個的HARM結(jié)構(gòu)的物理特征中的至少一種，例如將它們區(qū)分開的性質(zhì)，所述力選擇性地作用于成束的HARM結(jié)構(gòu)或單個的HARM結(jié)構(gòu)，使得它們相對于彼此移動，例如一皮加速，以至于在空間上分離成多個單個的(3)和成束的(4)HARM結(jié)構(gòu)。圖2a示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的混合物(1)懸浮于例如載氣、液體中，或者懸浮于真空中。由于電壓差(6)，導(dǎo)致所述分散體穿過電場。由于成束的HARM結(jié)構(gòu)基本上是自然帶電的，而單個的HARM結(jié)構(gòu)基本上是不帶電的，所以電場導(dǎo)致成束的HARM結(jié)構(gòu)(4)在電場中移動(移動方向取決于它們的凈電荷的符號)，且與單個的HARM結(jié)構(gòu)(3)分離，單個的HARM結(jié)構(gòu)(3)很大程度上未受影響地穿過電場。換句話說，自然帶電的HARM結(jié)構(gòu)朝向通道壁(channelwall)(9)被加速，而單個的HARM結(jié)構(gòu)離開通道。同樣地，圖2b示出以分批模式進(jìn)行的方法，其中成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的分散體(1)被放入室(]3)中，其中施加電勢或電壓(6)，使得成束的(4)和單個的(3)HARM結(jié)構(gòu)分離和沉積。自然帶電的成束的HARM結(jié)構(gòu)朝向壁(9)加速，而單個的HARM結(jié)構(gòu)保持懸浮。圖3示出本方法的另一個實(shí)施方式，其中成束的和未成束的HARM結(jié)構(gòu)的混合物(1)懸浮于液體或氣體中，并受到力的作用，在這種情況下是慣性或重力加速，從而使得成束的(4)和單個的(3)HARM結(jié)構(gòu)分離。這里，成束的HARM結(jié)構(gòu)選擇性地從單個的HARM結(jié)構(gòu)沉積，且通過平衡慣性和阻力產(chǎn)生單個的HARM結(jié)構(gòu)的懸浮液。在這個實(shí)施方式中，分散體被引入到彎曲的通道(9)a)或被引向表面(4)b)，同時具有更高的有效的斯托克斯lt的成束的HARM結(jié)構(gòu)朝向表面加速，而單個的HARM結(jié)構(gòu)保持懸浮。此外，可以使成束的HARM結(jié)構(gòu)沉積在基底上。可選擇地，c),單個的和成束的HARM結(jié)構(gòu)的分散體(1)在與重力加速(8)相反的方向上加入到擴(kuò)展的通道(7)中。懸浮的液體或氣體的速度在擴(kuò)展的體積中減小。因此，比成束的HARM結(jié)構(gòu)(4)具有更低的斯托克斯數(shù)的單個的HARM結(jié)構(gòu)(3)比成束的HARM結(jié)構(gòu)向通道的上方傳送得更遠(yuǎn)，從而使得它們分離。圖4示出例如所分離的單個的HARM結(jié)構(gòu)(3)可以通過靜電沉降在單獨(dú)的基底(9)上沉積。在這里，將電壓(11)施加到針狀體(12),以產(chǎn)生電子云，該電子云使先前不帶電的單個的HARM結(jié)構(gòu)帶電。在這個器件中，通過場致荷電使HARM結(jié)構(gòu)帶電，所述場致荷電使用使氣體離子化且在兩個板之間產(chǎn)生小電流的電暈放電。之后，使用力，在此情況下是靜電移動速度，將使得HARM結(jié)構(gòu)在放置基底(9)的接地的收集板(10)上沉積。此外，沉積位置可以通過電場的局部變化來確定，因此，允許圖案化沉積。可利用各種方法來定位電場。圖5示出允許通過使用靜電力圖案化沉積的一種方式。通過例如制作導(dǎo)電材料的印?；蜓谀?14)以及將掩模應(yīng)用到基底以便使與印模或掩模接觸的基底的那些區(qū)域(15)接觸帶電，可以將帶電的模板定位在半導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的基底(9)上。印?；蜓谀１灰谱吆螅佑|的區(qū)域保持帶電，接著將成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)的混合物(1)的分散體、成束的(4)或單個的(3)HARM結(jié)構(gòu)的分散體帶入帶電的基底的附近，在基底的上方，局部電場使得那些帶有相反電荷的HARM結(jié)構(gòu)朝向預(yù)定的模板加速，且依據(jù)印模或掩模的圖案沉積。因此，沉積圖案的辨析率(resolution)大約等于印?；蜓谀５谋嫖雎?。圖6示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中使用熱泳力使HARM結(jié)構(gòu)(1，3,4)沉3只在基底上。-使用熱泳:沉淀器(thermophoreticprecipitator);兄積顆粒的顯著優(yōu)勢是有可能使用任何類型的基底。這里，使載氣和HARM結(jié)構(gòu)的氣溶膠在加熱的板(16)和冷卻的板(17)之間的間隙之間通過。可以使用本領(lǐng)域已知的各種方法來加熱和冷卻+反，但在優(yōu)選的實(shí)施方式中，熱的板通過電流加熱，而冷的^反通過冷水的流動傳導(dǎo)地冷卻。接著，HARM結(jié)構(gòu)從熱的板向冷的板移動，并且在附著的基底(9)上沉積。圖7a示出沉積HARM結(jié)構(gòu)的方式，其中HARM結(jié)構(gòu)通過收集板的圖案化加熱和冷卻在才莫板中沉積。這里，多個加熱(18)和冷卻(19)元件被安置在基底(9)的一側(cè)上，且混合的成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)(l，3，4)的氣溶膠被引入到該基底的另一側(cè)上，且在加熱的板(16)之間。接著，通過熱泳力，即熱泳，將HARM結(jié)構(gòu)沉積到該基底的相對4交冷的部分上?？梢允褂闷渌绞皆诨咨袭a(chǎn)生加熱的和冷卻的模板。例如，對于低熱傳導(dǎo)的基底，可以使用輻射(例如激光輻射)。例如，可將激光束的圖案引向冷卻的基底，以加熱特定的區(qū)域?？梢允褂靡罁?jù)本發(fā)明的方法使待沉積的具有不同性質(zhì)的HARM結(jié)構(gòu)沉積在不同位置，如在圖7b中示出的。這里，在時間間隔l(tl),在給定的才莫板中加熱和冷卻基底，類型1的HARM結(jié)構(gòu)沉積在基底上。隨后，改變基底的加熱和冷卻，且類型2的HARM結(jié)構(gòu)^皮沉積?？梢灾貜?fù)該過程來產(chǎn)生復(fù)雜的、多性質(zhì)的沉積圖案。圖8示出依據(jù)本發(fā)明的方法并入HARM的生產(chǎn)過程中。在圖8中，依據(jù)本發(fā)明方法被并入到本領(lǐng)域已知的浮動催化劑HARM生產(chǎn)過程(floatingcatalystHARMproductionprocess)中。這里，催化劑顆?；虼呋瘎╊w粒前體(20)按需要與適當(dāng)?shù)脑?22)及附加的試劑(23)—起被引入到HARM反應(yīng)器(21)中。HARM結(jié)構(gòu)的氣溶膠離開反應(yīng)器，且在分離裝置(24)中被分離，分離裝置(24)依據(jù)所描述的分離成束的(4)和單個的(3)HARM結(jié)構(gòu)的方法中的任何一種來操作。之后，單個的HARM結(jié)構(gòu)可以在調(diào)節(jié)反應(yīng)器(25)中被充電、被涂層、被官能化或進(jìn)行其它的改變，然后依據(jù)所描述的移動成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)的方法中的任何一種，在沉積反應(yīng)器(27)中沉積在基底(9)上。依據(jù)本發(fā)明中描述的方法，沉積層可以是均相成層的或圖案化的。此外，沉積層能夠以任何合適的方式^皮進(jìn)一步處理。此外，通過本領(lǐng)域已知的方法，未4吏用的前體和/或試劑可在回收反應(yīng)器(30)中被回收，并且回料到生產(chǎn)循環(huán)中。該過程可以一皮重復(fù)。實(shí)施例在下面的實(shí)施例中，成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)，其在此實(shí)施例中為碳納米管(CNT)，根據(jù)所描述的發(fā)明被移動，并由此相互分離且被分別地沉積。在所有的實(shí)施例中，CNT在分離和沉積步驟的上游被連續(xù)地合成，以生產(chǎn)包含成束的和單個的CNT的混合物的氣溶膠。如在本領(lǐng)域中已知的，使用熱線發(fā)生器(HWG)方法來合成CNT。在此方法中，通過在H2/Ar(7/93的摩爾比)流(400cm3/mm)中從電阻加熱的催化劑線蒸發(fā)來產(chǎn)生Fe催化劑顆粒。顆粒通過氣相成核(vapornucleation)、凝結(jié)和顆粒絮凝過程形成并生長。隨后，生成的顆粒在約40(TC下被引入到陶瓷管狀反應(yīng)器中，與400cmVmin的一氧化碳(CO)流混合，并且被加熱以誘導(dǎo)CNT的形成(從700。C到900°C)。多孔管狀稀釋儀(61/min)安裝在反應(yīng)器的下游，以防止產(chǎn)物沉積在壁上。12cmVmin的C02作為浸蝕劑被引入到反應(yīng)器中。除非另做說明，所有實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行都是使用19W的線加熱功率、在CO/(Ar-H2)(摩爾比93-7)的混合物中53%的CO濃度、以及700°C的峰值反應(yīng)器溫度。氣溶膠顆粒(即，在氣相中分散的催化劑顆粒、單個的CNT和CNT束)的遷移尺寸分布通過由分類器、凝結(jié)顆粒計(jì)數(shù)器和任選的241Am雙極充電器組成的孩i分遷移率分析4義系統(tǒng)(differentialmobilityanalyzersystem)來測量。使用了用于對內(nèi)電極施加正極性和負(fù)極性的適當(dāng)?shù)碾娫?，而外電極保持接地。靜電過濾器(ESF)設(shè)置在反應(yīng)器的下游，并(在需要時)用于濾出帶電的氣溶膠顆粒。ESP包括尺寸為15cm長、2cm高、相互分離距離為lcm的兩個金屬板。此器件通過將兩板中的一板連接到高壓(約4000V),而另一板保持"t妻地使帶電氣溶膠顆粒濾出。在涂有碳的銅格柵上收集包括催化劑顆粒和CNTHARM結(jié)構(gòu)的氣溶膠顆粒，用于通過TEM進(jìn)4亍其結(jié)構(gòu)表4正。實(shí)施例1利用成束的HARM結(jié)構(gòu)的自然帶電，通過靜電沉積法，移動并分離成束的和單個的CNTHARM結(jié)構(gòu)。自然帶電的氣溶膠顆粒(即，在DMA之前不使用外部雙極充電器而獲得的)的遷移尺寸分布在圖9中示出。該圖顯示了測量到的頻率對假定為球形及單電荷而計(jì)算得到的等價(jià)的遷移直徑(mobilitydiameter)D、以及電遷移率的倒數(shù)1/Z的依賴關(guān)系。如可看到的，不考慮偏壓的極性得到了平均遷移直徑約45nm的寬的遷移分布，且此寬的遷移分布是由于CNT的存在引起的。在700。C產(chǎn)生的且從氣相直接收集到TEM格柵上的樣品的TEM觀察結(jié)果顯示，納米管是單壁的，且明顯地聚集成束(圖9b)。因?yàn)镈MA只可分類帶電的氣溶膠顆粒，所以這些結(jié)果表明來自反應(yīng)器的納米管是自然帶電的。此外，此現(xiàn)象是獨(dú)立于施加到DMA的極性觀察到的。依據(jù)濃度測量，CNT帶有分別為N^47%和N、53。/。的百分率的近似相等的正電和負(fù)電(表l)。先前使用HWG對金屬納米顆粒形成的研究表明，顆粒在形成后帶有電荷。為了研究Fe催化劑顆粒在我們的系統(tǒng)中也可變得帶電并隨后成為使納米管帶電的來源的可能性，用N2代替CO(由此防止CNT的形成)。我們在25。C到90(TC的溫度下進(jìn)行的研究顯示，幾乎所有的Fe顆粒(可達(dá)99%)呈電中性(表2)，這表明催化劑顆粒與觀察到的納米管的充電不直4妄相關(guān)。為測量中性氣溶膠顆粒的遷移尺寸分布，通過在ESF中的電極間施加電位差濾出帶電的氣溶膠。提取的中性氣溶膠顆粒在DMA測量遷移分布前使用外部雙極充電器(241Am)人工充電。觀察到平均等價(jià)直徑5nm的峰，此峰歸因于對CNT的生長保持無活性的Fe催化劑顆粒。因此，這些結(jié)果表明，所有的納米管沉積在ESF中，并因此帶電。在800。C和900。C下獲得了類似的結(jié)果(表l)。表1.使用53%CO和19W的加熱功率，在不同的反應(yīng)器溫度下合成的CNT的帶電百分率(N+/—)。(N+)和(N—)表示帶電的CNT的極性分布。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表2.由HWG方法，在N2氣氛中，在不同的反應(yīng)器溫度下產(chǎn)生的Fe催化<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>已知?dú)怏w表面的反應(yīng)可在金屬表面引起電子激發(fā)。當(dāng)發(fā)生高放熱反應(yīng)時，這些激發(fā)可導(dǎo)致離子和電子從表面射出。因此，可推測出，CNT的生長所需要的放熱的CO歧化反應(yīng)可能在CNT的充電中起作用。改變CO濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來試圖研究此情況。為了定量地估計(jì)帶電的CNT的百分率(N+/—)，在分類器之前使用241Am雙極充電器來測量遷移尺寸分布。圖10a顯示在27%、34%和53%的CO濃度下的全部的CNT(ESF關(guān))和中性的CNT(ESF開)的遷移尺寸分布間的比較。正如所料想到的，CNT濃度隨著引入到反應(yīng)器中的碳源(CO)的濃度的增加而增加。在27%的濃度下，全部的CNT和中性CNT部分的遷移尺寸分布看上去相同，表明幾乎所有的CNT都是電中性的。然而，隨著CO濃度的增加，中性CNT的百分率逐漸減少。因此，在53%的CO濃度下，幾乎所有的CNT都帶電。圖10b簡明地示出CO濃度對帶電的納米管的總的百分率(N+/—)及產(chǎn)物的濃度的影響。以類似的方式，還在保持CO濃度在53。/。不變的情況下，將施加到線的加熱功率從16W改變到19W測量了遷移分布。由于所產(chǎn)生的Fe催化劑顆粒的更高的濃度，增加功率會增加CNT的濃度。因此，納米管成束增加。如在圖11中可看到的，帶電的CNT的百分率隨著施加到^皮加熱的線的功率的增加而增加。結(jié)果顯示，CNT的更高的濃度導(dǎo)致更有效的充電。因?yàn)槌墒目赡苄噪S著CNT在氣相中的濃度的增加而增加，所以這一事實(shí)與CNT的集束相關(guān)。因此，CNT的自然充電可能在形成束的過程中發(fā)生。這一假設(shè)由包含帶電的CNT的樣品的TEM的觀察結(jié)果支持，在TEM的觀察結(jié)果中只發(fā)現(xiàn)了成束的CNT(圖9b)。為了收集CNT的中性部分，使用ESF濾出帶電的CNT。使用16.5W的加熱功率合成CNT，以保持CNT的低濃度，且由此將它們的成束減到最少。在這些實(shí)驗(yàn)條件下，帶電的CNT的百分率估計(jì)約為12%。使用點(diǎn)對板的靜電沉積器將CNT從氣相直接收集到TEM有孔碳膜基底上。中性CNT的TEM觀察結(jié)果顯示只有單個的CNT存在(圖12a)。整個產(chǎn)物(即不濾出帶電的CNT)的收集顯示存在CNT束和單個的CNT(圖12b)。這表明，單個的CNT是中性的，而束是帶電的。充電效果可由在CNT成束過程中釋放的范德華能來解釋。為了將總的自由能降到最低，CNT形成由設(shè)置為相互平行的單個的管組成的束。這導(dǎo)致了相對高的能量釋放例如，兩個扶手椅形(armchair)(10,10)CNT的成束導(dǎo)致總能量降低95eV/100nm之多。由于通過所釋放的范德華能的消耗而發(fā)射的電子和離子，束可被充電。CNT的高的接觸面積與表面積的比例以及高的表面積與體積的比例很可能允許在大的和/或低的縱橫比結(jié)構(gòu)中可能不能檢測到的有效的充電。由于因成束引起的充電過程直接和高的接觸面積與這些近似一維的結(jié)構(gòu)的體積的比例相關(guān)，所以此發(fā)現(xiàn)可應(yīng)用到如上面所提到的任何高縱橫比分子結(jié)構(gòu)(HARM結(jié)構(gòu))。實(shí)施例2成束的和單個的CNT在氣相中的分離及通過靜電沉降在基于聚合物的基底和Si3N4基底上分別的沉積使用依據(jù)本發(fā)明的方法，移動成束的和單個的CNT，且由此使之分離。所分離的CNT接著使用300。C的降解溫度分別地沉積在基于聚合物的基底(SU-8，10pm厚的層)上，以及沉積在Si3N4基底(119nm厚的層)上。使用靜電沉積器進(jìn)行沉積(圖4)。在圖13a-b中示出的原子力顯微鏡(AFM)圖像顯示存在沉積之前已坤支充電的單個的CNT,由高度測量所測定的此單個的CNT直徑的范圍為0.7到l.lnm,這與TEM測定的結(jié)果一致。另夕卜，在圖14中顯示了收集到S"N4基底(100nm厚)上的單個的CNT的AFM圖像。實(shí)施例3成束的和單個的CNT在氣相中的分離及通過熱泳在Si02基底上的分別的沉積使用依據(jù)本發(fā)明的方法，移動成束的和單個的CNT，且由此使之分離。接著，所分離的CNT使用~300。C的降解溫度分別地沉積在基于聚合物的基底(SU-8，10pm厚的層)上，以及沉積在Si02基底上。使用熱泳沉積器進(jìn)行沉積(圖6)。在圖15中示出的原子力顯微鏡(AFM)圖像顯示了單個的CNT的存在。實(shí)施例4CNT束通過靜電充電從氣相在二氣化硅基底上的沉積使用二茂鐵和一氧化碳在CNT反應(yīng)器中生成CNT束。將該束從氣相沉積到二氧化硅基底上。所述基底是預(yù)先制備的，以便通過將鐵針的尖端壓到基底表面而使其具有局部靜電。CNT束僅僅在先前已施加的針的壓力的點(diǎn)上沉積。圖16中顯示了所得到的沉積。本發(fā)明不僅限于上面提到的具體的實(shí)施例，而是在由權(quán)利要求所界定的本發(fā)明思想的范圍內(nèi)可能有許多的修改。權(quán)利要求1.一種用于沉積高縱橫比分子結(jié)構(gòu)(HARMS)的方法，其特征在于所述方法包括在含有一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的氣溶膠上施加力，所述力使基于一種或多種物理特征和/或性質(zhì)的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)朝向一個或多個預(yù)定位置移動，用來通過施加的力將一個或多個HARM結(jié)構(gòu)沉積在模板中。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述力^^皮施加在一個或多個成束的HARM結(jié)構(gòu)上。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述力^L施加在一個或多個單個的HARM結(jié)構(gòu)上。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述力^皮施加在一個或多個成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu)上，其中所述力4吏基于一種或多種物理特征和/或性質(zhì)的成束的和/或單個的HARM結(jié)構(gòu)移動。5.如權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于成束的或單個的HARM結(jié)構(gòu)一皮沉積。6.如權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于成束的和單個的HARM結(jié)構(gòu);故沉積。7.如權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述HARM結(jié)構(gòu)包括單個的或成束的形式的納米管、碳納米管、富勒烯官能化碳納米管、氮化硼納米管、納米棒、絲狀體和/或任何其它的管、管狀的、棒和/或帶狀物和/或任何其它的高縱橫比分子結(jié)構(gòu)，所述納米棒含有包含碳、磷、硼、氮和/或硅的納米才奉。8.如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于HARM結(jié)構(gòu)是帶正電的、帶負(fù)電的或電中性的。9.如權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述力包括電力、靜電力、磁力、慣性力、光泳力、熱泳力、重力、粘性力和/或聲力。10.如權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述力包括使自然帶電的成束的HARM結(jié)構(gòu)移動的電力。11.如權(quán)利要求1-10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述力包括使成束的HARM結(jié)構(gòu)移動的慣性力。12.如權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包4舌向一個或多個HARM結(jié)構(gòu)中加入一種或多種反應(yīng)物、試劑、涂層材料、功能化材料、表面活性劑和/或摻雜劑。13.如權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的方法在用于生產(chǎn)、分離、改性、沉積和/或進(jìn)一步處理一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的連續(xù)過程或分批過程中的用途。14.如權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的方法在功能材料制備中的用途。15.如權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的方法在厚膜或薄膜、線路、線、才莫板、成層的和/或三維結(jié)構(gòu)的制備中的用途。16.如權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的方法在器件制備中的用途。全文摘要一種用于沉積高縱橫比分子結(jié)構(gòu)(HARMS)的方法，所述方法包括在含有一個或多個HARM結(jié)構(gòu)的氣溶膠上施加力，所述力使基于一種或多種物理特征和/或性質(zhì)的一個或多個HARM結(jié)構(gòu)朝向一個或多個預(yù)定位置移動，用來依靠所施加的力將一個或多個HARM結(jié)構(gòu)沉積在模板中。文檔編號H01L51/00GK101400598SQ200780008330公開日2009年4月1日申請日期2007年3月7日優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日發(fā)明者埃斯科·卡賓耐,大衛(wèi)·岡薩雷斯,大衛(wèi)·布朗,艾伯特·納斯布林申請人:卡納圖有限公司