專利名稱：奈米碳管直立集束成型方法
奈米碳管直立集束成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種奈米碳管直立集束成型方法，尤指一種利用介電泳法集成與集束奈米碳管成為奈米集成束之方法。
背景技術(shù)：
自從奈米碳管為日本物理學(xué)家飯島澄男在1991觀察到與報(bào)導(dǎo)之后，各個(gè)領(lǐng)域?qū)δ蚊滋脊墚a(chǎn)生前所未有的興趣，進(jìn)而投入更多的資源來研究奈米技術(shù)。請(qǐng)同時(shí)參閱1991年 11月7日出版之「自然」期刊第邪4冊(cè)第56 58頁。由于物質(zhì)在奈米尺寸下展現(xiàn)出極為出眾的物理與化學(xué)特性，因此奈米科技已成為各個(gè)領(lǐng)域所追求與開發(fā)的圣杯，各個(gè)領(lǐng)域莫不爭(zhēng)先恐后地投入奈米碳管的開發(fā)與應(yīng)用，以期賦予現(xiàn)有產(chǎn)品創(chuàng)新生命。然而，奈米碳管在能夠做實(shí)體的應(yīng)用之前，必須先予以處理及組裝。舉例來說，在傳統(tǒng)奈米碳管的領(lǐng)域里，運(yùn)用了一種所謂的平面式電泳來處理奈米碳管，以期達(dá)到進(jìn)一步應(yīng)用的目的，如圖1所示?；旧?，這種方式以平面電極進(jìn)行介電泳，以將奈米碳管組裝兩電極間，形成橋接兩電極的二維平面結(jié)構(gòu)。而這種平面結(jié)構(gòu)的奈米碳管，僅適合應(yīng)用在奈米電子組件、奈米晶體管與一些化學(xué)傳感器上，不適合其他需要立體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，如電連接器領(lǐng)域的端子通常需要用來連接芯片模塊及印刷電路板，其形態(tài)通常都是立體結(jié)構(gòu)，故采用上述所謂的平面式電泳顯然不能夠方便地將奈米碳管運(yùn)用在電連接器中。美國(guó)專利公告US6，6 ，684雖然揭露了一種采用圓柱狀結(jié)構(gòu)的奈米碳管容納于連接器本體之中以傳遞訊號(hào)的電連接器，然該專利并未公開如何制備這樣一種電連接器， 實(shí)際上，如前所述，要得到這樣一種使用圓柱狀結(jié)構(gòu)的奈米碳管絕非易事。故，如果要讓奈米碳管以立體形態(tài)做全新的應(yīng)用，則不得不開發(fā)出一種全新的方法，使奈米碳管組裝成立體結(jié)構(gòu)的奈米碳管束，以擴(kuò)大其使用的范圍。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決之技術(shù)問題是提供一種能夠獲得立體形態(tài)的奈米碳管的奈米碳管集束成型方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種奈米碳管直立集束成型方法，包括提供一導(dǎo)電層并于該導(dǎo)電層上覆蓋一非導(dǎo)電物質(zhì)層的第一步驟；在該非導(dǎo)電物質(zhì)層上至少形成一目標(biāo)孔洞的第二步驟；在該目標(biāo)孔洞上方提供一電極的第三步驟；向孔洞滴入含有奈米碳管的分散液的第四步驟；及在導(dǎo)電層與電極間施加一適當(dāng)交流電場(chǎng)以穿過該碳管分散液， 以在該目標(biāo)孔洞內(nèi)集成該碳管分散液內(nèi)的奈米碳管，以形成匯集成束狀的奈米碳管集成束的第五步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)實(shí)質(zhì)上采用垂直電場(chǎng)作用于目標(biāo)奈米碳管分散液，從而可以方便地得到立體結(jié)構(gòu)之奈米碳管。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)以平面式介電泳處理奈米碳管的示意圖。圖2(a)，(b)為本發(fā)明奈米碳管直立集束成型方法基本原理的示意圖。圖3A，B為本發(fā)明奈米碳管直立集束成型方法的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明奈米碳管直立集束成型方法所成型集的奈米碳管束的照片。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參考圖2(a)，(b)所示，由于奈米碳管在外加的交流電場(chǎng)之影響下會(huì)受到不同程度的電偶極化，這種現(xiàn)象被稱為介電特性。而奈米碳管在受到了電偶極化之后，便會(huì)被介電力驅(qū)動(dòng)，使電偶極化的奈米碳管在分散液中進(jìn)行泳動(dòng)，更會(huì)順著外加電場(chǎng)的方向來進(jìn)行組裝及排列。故，我們稱這種現(xiàn)象為介電泳。圖2(a)揭示出奈米碳管被電偶化；而圖2(b)則揭示出被電偶化的奈米碳管在電場(chǎng)的作用下，便順著電場(chǎng)的方向排列。圖3A則為本發(fā)明利用「直立式介電泳」來達(dá)成集成與集束奈米碳管成為奈米集成束的方法。所謂「直立式介電泳」指區(qū)別于傳統(tǒng)平面式介電泳，利用該方法可得到直立結(jié)構(gòu)的集束奈米碳管。根據(jù)該方法，當(dāng)需要得到直立結(jié)構(gòu)的集束奈米碳管時(shí)，首先提供一基板11，該基板 11上設(shè)置有目標(biāo)孔洞11a，該孔洞可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制成，至于目標(biāo)孔洞Ila的排列，可以依實(shí)際的需要排列成矩陣或任何其他符合實(shí)際使用需求的態(tài)樣。然后在目標(biāo)物10兩側(cè)分別設(shè)置第一電極10、第二電極12，且使兩電極與孔洞Ila對(duì)應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明之較佳實(shí)施例，基板11為非導(dǎo)電物質(zhì)層，該第一電極10是一導(dǎo)電層且覆蓋在非導(dǎo)電物質(zhì)層下表面上。該第一電極10之材質(zhì)是金，當(dāng)然可以為其他適合材料；特別地，根據(jù)本發(fā)明之較佳實(shí)施例，導(dǎo)電層(第一電極10)和非導(dǎo)電物質(zhì)層(基板11)布置于一硅材質(zhì)之基底16上，例如一晶圓，然后通過在金上以微機(jī)電SU8制程，做出微孔洞結(jié)構(gòu)作為目標(biāo)孔洞。接下來，該方法包括在該目標(biāo)孔洞Ila上方提供一第二電極12之步驟。根據(jù)本發(fā)明之較佳實(shí)施例，該第二電極12為一柱狀或針狀之導(dǎo)體，當(dāng)然也可以為其他任何的形狀， 能配合第一電極10形成電場(chǎng)(或電力線)，而其直徑最好較該目標(biāo)孔洞Ila為小，以用于控制與主導(dǎo)被形成之奈米碳管束之直徑。當(dāng)然，該第二電極12之截面亦可以為任何幾何形狀，例如環(huán)狀或多邊形狀。并且通過這種不同形態(tài)截面之第二電極12，來控制所生成之奈米碳管之形狀。第二電極12上方最好設(shè)置一平板狀結(jié)構(gòu)，以便于將液滴拉起形成液柱，增加進(jìn)行介電泳的溶液體積及碳管數(shù)量。需要指出，雖然實(shí)施例揭示的第二電極12僅有一支電極，但在實(shí)際的運(yùn)用中，該第二電極12亦可以配合目標(biāo)孔洞Ila的排列的形狀或數(shù)組來排配。例如，當(dāng)目標(biāo)孔洞Ila 排列成標(biāo)準(zhǔn)的矩陣時(shí)，則該電二電極12亦可以排列成相對(duì)應(yīng)的矩陣，以同時(shí)在每一相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)孔洞Ila內(nèi)形成奈米碳管束14。接下來，則進(jìn)行在該目標(biāo)孔洞Ila內(nèi)滴置含有奈米碳管粉末13a的分散液13的第三步驟。而該含有奈米碳管13a之分散液13之制備，則容稍后說明。在完成于該基板11的目標(biāo)孔洞Ila內(nèi)滴入含有奈米碳管13a的分散液13的后，便在第一與第二電極11，12間施加一適當(dāng)交流電壓以穿過該分散液13，以在該目標(biāo)孔洞Ila內(nèi)集成該分散液13內(nèi)的奈米碳管13a，以形成匯集成束狀之奈米碳管集成束14，如請(qǐng)參考圖4所示。而如圖;3B中所示，在過程中，奈米碳管分散液13中的個(gè)別奈米碳管13a會(huì)如圖 2(a), (b)所示之方式，漸漸地在介電泳力的作用下，朝中間移動(dòng)，并且在一定時(shí)間后匯集成奈米碳束?？梢钥吹?，圖3B中，對(duì)于孔洞內(nèi)的奈米碳管分散液13而言，該電壓形成之電場(chǎng)為一垂直電場(chǎng)，其電場(chǎng)沿垂直方向，或者更確切地說，是垂直于待對(duì)應(yīng)的含有奈米碳管粉末 13a的分散液。如圖4所示，利用本發(fā)明直立式介電泳方法所生成的奈米碳管束，為一立體結(jié)構(gòu)。 與現(xiàn)有使用平面式介電泳方法所生成的二維平面碳管結(jié)構(gòu)有極大的差異，即首次將奈米碳管制作成立體狀。因此可以突破其現(xiàn)有的應(yīng)用范圍。由于奈米碳管在分散的過程中，因?yàn)槠浔旧淼捏w積及質(zhì)量很小，碳管與碳管間的凡德瓦力相較之下變得很強(qiáng)勁，使得碳管很容易糾結(jié)在一起。因此要做實(shí)際的組裝應(yīng)用時(shí)， 最好先予以處理，讓每一支纖細(xì)的奈米碳管彼此分散分離。根據(jù)本發(fā)明，該含有分散液13之制備是以50%的蒸餾水+50%的酒精，再加入經(jīng)過酸洗過之奈米碳管粉末，并且進(jìn)行超音波震洗1. 5小時(shí)。利用前述的方式進(jìn)行奈米碳管的分散，可以達(dá)到極為良好的效果。
權(quán)利要求
1.一種奈米碳管直立集束成型方法，包括下列步驟(1)提供一導(dǎo)電層，并于該導(dǎo)電層上覆蓋一非導(dǎo)電物質(zhì)層；(2)于非導(dǎo)電物質(zhì)層上形成有至少一目標(biāo)孔洞，并在該目標(biāo)孔洞上方放置一電極；(3)向孔洞內(nèi)滴入適量含奈米碳管粉末之分散液；(4)于該導(dǎo)電層和電極之間施加一預(yù)定電壓以穿過該分散液，以在該目標(biāo)孔洞內(nèi)集成該分散液內(nèi)的奈米碳管，匯集形成束狀的奈米碳管集成束。
2.如權(quán)利要求1所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于該導(dǎo)電層之材質(zhì)為^^ ο
3.如權(quán)利要求1或2所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于導(dǎo)電層和非導(dǎo)電物質(zhì)層系布置于一硅材質(zhì)之基底上。
4.如權(quán)利要求1所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于奈米碳管分散液的制備是將奈米碳管粉末與適當(dāng)之水及酒精混合而成。
5.如權(quán)利要求4所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于所述水與酒精之體積比介于1 3與1 1之間。
6.如權(quán)利要求4或5所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于所述水為蒸餾水。
7.如權(quán)利要求1或4所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于在制備奈米碳管分散液之前，對(duì)該奈米碳管粉末進(jìn)行酸處理。
8.如權(quán)利要求1所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于所述電極為針電極。
9.如權(quán)利要求8所述的奈米碳管直立集束成型方法，其特征在于所述針電極上端具有一平板狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種奈米碳管直立集束成型方法，包括提供一導(dǎo)電層并于該導(dǎo)電層上覆蓋一非導(dǎo)電物質(zhì)層的第一步驟；在該非導(dǎo)電物質(zhì)層上至少形成一目標(biāo)孔洞的第二步驟；在該目標(biāo)孔洞上方提供一電極的第三步驟；向該目標(biāo)孔洞滴入含有奈米碳管的分散液的第四步驟；及在導(dǎo)電層與電極間施加一適當(dāng)交流電場(chǎng)以穿過該碳管分散液，以在該目標(biāo)孔洞內(nèi)集成該碳管分散液內(nèi)的奈米碳管，以形成匯集成束狀的奈米碳管集成束的第五步驟。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102465327SQ20101054585
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者楊燿州, 藍(lán)奕中 申請(qǐng)人:富士康(昆山)電腦接插件有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司