用于選擇性地錨定且暴露大量的納米級結(jié)構(gòu)的方法【專利摘要】用于將納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中以形成納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法及由此形成的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。在錨定基質(zhì)上形成主要流體層。納米結(jié)構(gòu)被提供在初始基質(zhì)上，所述納米結(jié)構(gòu)具有關(guān)于初始基質(zhì)的限定的高度和方向。將納米結(jié)構(gòu)引入到主要流體層的所需深度，使得納米結(jié)構(gòu)相對于生長基質(zhì)的方向基本上被保持。主要流體層包括一個或多個流體層。多重流體層中的一些被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，錨定結(jié)構(gòu)的一部分可以被除去，允許從納米結(jié)構(gòu)被固定到其中的錨定結(jié)構(gòu)暴露納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。除去生長基質(zhì)?？梢詮腻^定結(jié)構(gòu)暴露納米結(jié)構(gòu)的末端或其它部分?！緦＠f明】用于選擇性地錨定且暴露大量的納米級結(jié)構(gòu)的方法[0001]發(fā)明背景[0002](I)【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0003]本發(fā)明大體上涉及用于形成結(jié)合了納米級物體的結(jié)構(gòu)的方法，且更特別地，涉及納米級結(jié)構(gòu)在錨定結(jié)構(gòu)中的選擇性錨定和暴露。[0004](2)相關(guān)技術(shù)描述[0005](2.1)納米結(jié)構(gòu)的性能和應(yīng)用[0006]廣泛預(yù)期納米結(jié)構(gòu)帶來顯著的技術(shù)進步。十多年來，納米結(jié)構(gòu)在表征和制造兩者中已經(jīng)是密切研究的對象。納米管是在需要減少的功率消耗、減輕的質(zhì)量及通過規(guī)模經(jīng)濟的極端功能增益的裝置中的整體部件。與較大規(guī)模的材料及相同組成的裝置不同，納米級裝置的依賴于尺寸的性能較大地受益于它們的小的長度尺度。[0007]納米級裝置目前僅意圖用于在高度控制的環(huán)境中的應(yīng)用。這種在“日?！杯h(huán)境中穩(wěn)健性的通常缺乏是限制有用的基于納米級的裝置的實現(xiàn)的主要因素。阻止納米結(jié)構(gòu)在環(huán)境中應(yīng)用的潛在破壞性的環(huán)境考慮因素包括以下的存在:氣載微粒、流體、與固體表面的沖擊和相互作用及潛在的與因素比如不期望的溫度、流體流動和化學(xué)反應(yīng)的相互作用。對這些環(huán)境危害的典型的解決方案涉及在高度控制的條件下(通常在“cleanroom(潔凈室)”內(nèi))進行試驗、實施額外的裝置開發(fā)及進行制造。因此，納米級裝置通常局限于以下應(yīng)用中:裝置處于可以控制潛在破壞性的環(huán)境相互作用的環(huán)境中。[0008]對于納米結(jié)構(gòu)，存在許多有用的應(yīng)用。然而，減輕對基于納米的技術(shù)所構(gòu)成的這些環(huán)境危害的可行解決方案的缺乏通常阻止了它們在這些應(yīng)用中的使用。這些應(yīng)用的小樣本包括基于場致發(fā)射的平板顯示器和水動力減阻的納米結(jié)構(gòu)化的表層和表面及微米結(jié)構(gòu)化的表層和表面。[0009](2.2)納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料[0010]一個解決方案是將納米結(jié)構(gòu)完全浸入可固化材料中，從而形成復(fù)合材料。這樣的復(fù)合材料增強了機械性能，比如納米結(jié)構(gòu)的彈性模量和韌度。一般而言，這是通過將沖擊力分布遍及可固化材料的大的表面積、通過復(fù)合材料而不是直接通過納米結(jié)構(gòu)來轉(zhuǎn)移力并離開復(fù)合材料的底部表面積來完成的。[0011]特別是在制造后的生產(chǎn)領(lǐng)域中，最近的發(fā)展集中在解決用于具有長期的切身需要的領(lǐng)域的設(shè)計考慮因素。大多數(shù)的制造后生產(chǎn)研究是關(guān)于開發(fā)克服歷史上不利于納米結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有環(huán)境條件的問題的解決方案。如上文所提及的，一個最新發(fā)展集中在將納米結(jié)構(gòu)浸入可固化材料中，以形成納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。復(fù)合材料通常由聚合物材料和碳納米管的組合構(gòu)成，但用于生產(chǎn)它們的技術(shù)典型地缺乏對納米管布置的控制。[0012]一種這樣的制造后的處理技術(shù)使用經(jīng)由光刻陰影掩模工藝在SiC納米棒上的二氧化娃墊沉積物內(nèi)的固定的納米結(jié)構(gòu)和分散在原子上平坦(atomicallyflat)的MoS2表面上的多壁碳納米管，留下從墊的邊緣突出的一些納米結(jié)構(gòu)(Wong等，1997)。[0013]另一方法涉及使電弧放電生長的碳納米管分散在溫度固化的環(huán)氧樹脂內(nèi)，固化，且然后用顯微鏡用薄片切片機(miCTotome)薄薄地將復(fù)合材料切成片，留下很好地對齊且完全嵌入或與切片表面相切的且與切片表面對齊的納米管(Ajayan等，1994)。[0014]另一方法涉及使用刀片以將紫外線可固化的環(huán)氧樹脂涂抹在從溶液沉積在表面上的碳納米管上，之后是紫外線固化和機械試驗(Wagner等，1998)。[0015]還另一方法涉及研磨的電弧放電生長的碳納米管在熱塑性聚合物中的分散，定時固化位于特氟隆表面上的層及剝落納米管-聚合物復(fù)合材料用于機械測試(Jin等，1998)。[0016]另一方法使用碳納米管的對齊陣列的化學(xué)氣相沉積生長，之后是整個樣品和生長基質(zhì)在可固化聚合物(PMMA或PDMS)溶液中的浸沒，之后是納米管-聚合物復(fù)合材料的固化和除去(Raravikar等，2005)。[0017]還另一方法涉及單個碳納米管對蝕刻的鎢尖端的基于范德華力的附著，之后用紫外線可固化的聚合物在尖端上的自然涂抹來用紫外線可固化的聚合物覆蓋鎢尖端和碳納米管底部，然后紫外線固化，留下相對于周圍環(huán)境“隔離的”尖端，同時納米管暴露于局部環(huán)境中(Boo等，2006)。[0018]用于機械地保護納米結(jié)構(gòu)的前述方法遭受納米管在材料內(nèi)的不可預(yù)知的分散，通常如圖1中所示的。在圖1A中，顯示復(fù)合材料100的俯視圖。復(fù)合材料100包括在固化的材料102內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)104。為了形成復(fù)合材料102，納米結(jié)構(gòu)104被放置在流體材料層上。在固化之前旋涂材料得到基本上平的表面。作為旋涂過程的結(jié)果，納米結(jié)構(gòu)104變得隨機地分散在流體材料內(nèi)。盡管許多納米結(jié)構(gòu)104被完全浸沒在固化的材料102中，但是許多納米結(jié)構(gòu)106隨機地從材料102突出。[0019]在圖1B中，顯示復(fù)合材料100的側(cè)視圖。嵌入在固化層102內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)104隨機分散。有時納米結(jié)構(gòu)106隨機地從固化層102突出。對于固化層102內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)104，固化層102提供避免沖擊事件的機械保護。然而，對于利用納米結(jié)構(gòu)104的機械性能以外的性能的應(yīng)用，從表面突出的納米結(jié)構(gòu)106沒有以足夠的規(guī)律性和特異性突出，以利用這些性能。因此，存在對可控地將納米結(jié)構(gòu)104分散在固化層102(聚合物)內(nèi)以實現(xiàn)充足的濕潤、粘附和在固化層和納米結(jié)構(gòu)之間的機械負荷轉(zhuǎn)移的能力的需要(Xie等，2005)。還存在對控制納米結(jié)構(gòu)104在固化層102內(nèi)的深度的能力的需要。[0020]制造納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料100的技術(shù)缺乏控制納米結(jié)構(gòu)104在固化層102內(nèi)的方向和深度的能力，如它們在本領(lǐng)域中存在的。因此，需要在固化層內(nèi)的錨定的部分浸入的納米結(jié)構(gòu)106的應(yīng)用，比如用于細胞和組織培養(yǎng)的生長模板，不能利用由納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料100提供的增強的特性。[0021]其它工作處理相關(guān)的主題。從未顯示以精確配置的具有自由末端的完全浸入的納米結(jié)構(gòu)104或部分浸入的納米結(jié)構(gòu)106的可控的錨定。例如，在Lahiff等，2003的工作中，作者描述了“athin-filmofpolydimethylsiloxane(PDMS)wasspincoatedontothenanotubefilm(聚二甲基娃氧燒(PDMS)的薄膜被旋涂在納米管膜上)”。意外地,作者還公開了“...whichindicatesthatitispossibleonlytheverytipsofthetubesthatprojectfromthePDMSsurface(...這表明，僅可能的是從PDMS表面突出的正是管的尖端)”。未證明暴露的納米管尖端從表面突出是可控制的。一般而言，旋涂的行為是不具有用于可控地將納米結(jié)構(gòu)浸入流體比如PDMS中的機制的不精確的方法。[0022]在其它工作中，Jung等，2006，作者認為場致發(fā)射是由它們的樣品造成的，如在Lahiff等，2003中所制備的。作者認為“ScanningElectronMicroscopeimages(notshown)ofourfunctionaldevicesshowthattheveryfewtipsthatareexposedabovethePDMSsurfaceare2~3μmlongandareseparatedbydistancesofsimilarorlargerlengths(我們的功能裝置的掃描電子顯微鏡圖像(未顯示)表明，在PDMS表面上暴露的非常少的尖端為2-3μm長且被隔開類似的或更大的長度的距離)”。使用他們的方法，不能表明從PDMS表面暴露的少數(shù)尖端是可控的。而且，作者未能提供有多少尖端被暴露的任何量化、再現(xiàn)性的保證或調(diào)節(jié)表面上的突出程度的能力。[0023]以上方法無意地且不可控制地導(dǎo)致碳納米管(或，更具體地，納米結(jié)構(gòu))從它們的PDMS的上表面突出。因此，使用將可固化聚合物應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)的頂部上的方法沒有提供控制通過表面突出的納米結(jié)構(gòu)的數(shù)目或它們的突出程度的可重復(fù)方式。甚至當結(jié)合旋涂程序和上述程序時，未顯示對納米結(jié)構(gòu)從PDMS表面突出而產(chǎn)生的長度的控制。而且，殘余的聚合物可能覆蓋表面的所有部分，因為已經(jīng)表明PDMS在碳納米管上是高度濕潤的，Barber等，2004(PDMS還容易地濕潤許多其它材料)。[0024]此外，用高粘性流體比如可固化的PDMS來將材料旋涂在納米結(jié)構(gòu)頂部上將顯著改變納米結(jié)構(gòu)的局部相對配置。這種不可避免的缺點將防止納米結(jié)構(gòu)在固化材料內(nèi)的特定的(預(yù)定的)小尺寸圖案的形成。[0025]以上方法不能提供嵌入在固化層內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的整體圖案的控制。還存在對控制從表面突出的納米結(jié)構(gòu)的深度和總高度的需要。還存在對保留固化層內(nèi)且可選擇地從固化層暴露或突出的納米結(jié)構(gòu)的先前存在的圖案的需要。還進一步存在對提供形成有納米結(jié)構(gòu)的重復(fù)圖案的大量生產(chǎn)的復(fù)合材料的方法需要。還進一步存在對提供選擇性地將來自一組納米結(jié)構(gòu)的特定的納米結(jié)構(gòu)嵌入在復(fù)合材料中的能力的方法的需要。[0026]發(fā)明概述[0027]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的前述缺點。本發(fā)明教導(dǎo)了一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中以形成納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法及由此形成的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。[0028]在一個方面中，本發(fā)明的方法教導(dǎo)了在錨定基質(zhì)上提供主要流體層。并且，在選自由錨定結(jié)構(gòu)和在其上生長納米結(jié)構(gòu)的生長基質(zhì)組成的組的初始基質(zhì)上提供多個納米結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)各自具有關(guān)于初始基質(zhì)的限定的高度和方向。將多個納米結(jié)構(gòu)引入到主要流體層中的所需深度，使得納米結(jié)構(gòu)相對于生長基質(zhì)的方向基本上被保持；其中主要流體層包括多重流體層。多重流體層中的一些被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，可以除去錨定結(jié)構(gòu)的一部分，留下允許暴露納米結(jié)構(gòu)的至少一部分的錨定結(jié)構(gòu)。[0029]在另一個方面中，本發(fā)明教導(dǎo)了流體層被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，錨定結(jié)構(gòu)的一部分可以被除去，允許通過錨定結(jié)構(gòu)的兩側(cè)暴露至少若干納米結(jié)構(gòu)。[0030]在另外的方面中，本發(fā)明還包括改變流體層以形成錨定結(jié)構(gòu)，從而將納米結(jié)構(gòu)的至少一部分固定到錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此當初始基質(zhì)為生長基質(zhì)時，可以除去生長基質(zhì)，留下固定在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。[0031]在還另外的方面中，本發(fā)明還包括除去錨定結(jié)構(gòu)的一部分，允許通過錨定結(jié)構(gòu)的兩側(cè)暴露至少若干納米結(jié)構(gòu)。[0032]在還另外的方面中，當初始基質(zhì)為生長基質(zhì)時，本發(fā)明教導(dǎo)了除去生長基質(zhì)以留下一組納米結(jié)構(gòu)，其中納米結(jié)構(gòu)的至少一部分被固定到錨定結(jié)構(gòu)中。[0033]在另一個方面中，生長基質(zhì)包括一組納米結(jié)構(gòu)單元(nanostructurecell),納米結(jié)構(gòu)各自具有關(guān)于生長基質(zhì)的限定的高度和方向，其中納米結(jié)構(gòu)延伸超出納米結(jié)構(gòu)單元。在將多個納米結(jié)構(gòu)引入到主要流體層中的所需深度的行為中，使納米結(jié)構(gòu)單元接觸主要流體層。因此，納米結(jié)構(gòu)延伸超出主要流體層約等于納米結(jié)構(gòu)單元的深度的深度。[0034]在另外的方面中，在納米結(jié)構(gòu)的生長之前，選擇納米結(jié)構(gòu)單元的深度，從而提供納米結(jié)構(gòu)超出流體層的不同長度。[0035]在還另外的方面中，多重流體層中的一些關(guān)于多重流體層中的另一些分層，使得多重流體層中的一些可以獨立于多重流體層中的其它一些被改變，以形成錨定結(jié)構(gòu)。因此，錨定結(jié)構(gòu)的至少一部分和生長基質(zhì)可以被除去，以允許暴露納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。[0036]在還另一方面中,通過選自壓力、密度、粘度、不溶混性及疏水性(phobicity)的組的性能，多重流體層關(guān)于彼此分層，且其中用于流體層的材料被選擇為允許選擇性地改變流體層中的不同的一些，以允許納米結(jié)構(gòu)的選定部分被錨定在錨定結(jié)構(gòu)的不同部分中。[0037]在另一個方面中，教導(dǎo)了通過本發(fā)明的方法制造的產(chǎn)品。[0038]在另外的方面中，本發(fā)明教導(dǎo)了用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，包括在錨定基質(zhì)上提供主要流體層的行為。并且，在生長基質(zhì)上提供多個納米結(jié)構(gòu)，其中納米結(jié)構(gòu)在生長基質(zhì)上生長且納米結(jié)構(gòu)各自具有關(guān)于生長基質(zhì)的限定的聞度和方向。其次，將多個納米結(jié)構(gòu)引入到主要流體層中的所需深度，使得納米結(jié)構(gòu)相對于生長基質(zhì)的方向基本上被保持。在這個方面中，主要流體層包括多重流體層。流體層被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，錨定結(jié)構(gòu)的一部分可以被除去，允許通過剩下的錨定結(jié)構(gòu)的兩側(cè)暴露納米結(jié)構(gòu)。[0039]在又一個方面中，改變主要流體層以形成錨定結(jié)構(gòu)，從而將納米結(jié)構(gòu)的至少一部分固定到錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此可以除去生長基質(zhì)，留下固定在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。[0040]在還另外的方面中，除去生長基質(zhì)，以留下一組納米結(jié)構(gòu)，其中納米結(jié)構(gòu)的至少一部分被固定到錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)。[0041]在另外的方面中，納米結(jié)構(gòu)為碳納米管。[0042]在另一個方面中，納米結(jié)構(gòu)以圖案布置在生長基質(zhì)上。[0043]在又一個方面中，在錨定基質(zhì)上提供錨定結(jié)構(gòu)的行為是通過將流體層的至少一部分旋涂在錨定基質(zhì)上以提供基本上均勻的厚度來完成的。[0044]在另一個方面中，多個納米結(jié)構(gòu)由不同的材料組成。[0045]在另外的方面中，教導(dǎo)了通過本發(fā)明的方法制造的產(chǎn)品。[0046]在還另外的方面中，本發(fā)明教導(dǎo)了固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)，包括多個納米結(jié)構(gòu)和錨定結(jié)構(gòu)，所述多個納米結(jié)構(gòu)各自具有限定的高度和方向，所述錨定結(jié)構(gòu)被形成為使得納米結(jié)構(gòu)的至少一部分從錨定結(jié)構(gòu)被暴露。[0047]在還另外的方面中，從錨定結(jié)構(gòu)暴露的納米結(jié)構(gòu)的一部分為納米結(jié)構(gòu)的至少一個末端。[0048]附圖簡述[0049]結(jié)合參考以下附圖，從本發(fā)明的公開方面的以下詳細描述，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)勢將變得明顯，附圖中:[0050]圖1A是顯示由隨機分散的多個納米結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合材料的俯視圖；[0051]圖1B是顯示由隨機分散的多個納米結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合材料的側(cè)視圖；[0052]圖2是在它們的初始基質(zhì)上的多個預(yù)先制造的碳納米管的圖；[0053]圖3A是與表面附接且通過表面支撐的多個納米結(jié)構(gòu)的例子的俯視圖；[0054]圖3B是在結(jié)構(gòu)的一個末端處與表面附接且在另一末端處被主要流體層部分浸入的多個納米結(jié)構(gòu)的圖；[0055]圖3C是部分浸入復(fù)合材料內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的圖；[0056]圖3D是部分浸入由第一錨定結(jié)構(gòu)和第二主要流體層形成的復(fù)合材料內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的圖；[0057]圖3E是兩組納米結(jié)構(gòu)的圖，每一個具有特定的配置，且每一組納米結(jié)構(gòu)被部分地包圍在由第一錨定結(jié)構(gòu)和第二錨定結(jié)構(gòu)形成的復(fù)合材料內(nèi)。[0058]圖4A是用于選擇性地產(chǎn)生所需納米結(jié)構(gòu)配置的納米結(jié)構(gòu)掩模(nanostructuremask)的圖；[0059]圖4B是由表面支撐且疊加在用于選擇性地將多個納米結(jié)構(gòu)嵌入在復(fù)合材料內(nèi)的掩模上的多個納米結(jié)構(gòu)的圖；[0060]圖5A是錨定在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的46μm高的納米毪(nanocarpet)500的低放大倍數(shù)的圖；[0061]圖5B是碳納米管復(fù)合材料的減小的放大倍數(shù)的橫截面圖；[0062]圖6A是單個錨定結(jié)構(gòu)碳納米管復(fù)合材料的形成的示意圖；[0063]圖6B是具有兩個相似的錨定結(jié)構(gòu)的碳納米管復(fù)合材料的形成的示意圖；[0064]圖7A是單個錨定結(jié)構(gòu)碳納米管復(fù)合材料的圖；[0065]圖7B是雙重錨定結(jié)構(gòu)碳納米管復(fù)合材料的圖；[0066]圖8A是顯示關(guān)于生長基質(zhì)成角度的碳納米結(jié)構(gòu)陣列的碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的圖；[0067]圖SB是顯示具有基本上垂直于錨定結(jié)構(gòu)的碳納米管陣列的碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的圖；[0068]圖9A是顯示在生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0069]圖9B是在錨定基質(zhì)上的主要流體層的側(cè)視圖；[0070]圖9C是顯示在結(jié)構(gòu)的一個末端處與生長基質(zhì)附接且在另一末端處被部分地嵌入在主要流體層內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0071]圖9D是顯示部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0072]圖1OA是顯示在生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0073]圖1OB是在錨定基質(zhì)上的主要流體層的側(cè)視圖，其中主要流體層由兩個流體層組成；[0074]圖1OC是顯示在結(jié)構(gòu)的一個末端處與生長基質(zhì)附接且在另一末端處被部分地嵌入在主要流體層內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中主要流體層由兩個流體層組成；[0075]圖1OD是顯示部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0076]圖1OE是顯示在除去流體層中的一個和錨定基質(zhì)后被部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0077]圖1lA是顯示在生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0078]圖1lB是在錨定基質(zhì)上的主要流體層的側(cè)視圖，其中主要流體層由多重流體層組成；[0079]圖1lC是顯示在結(jié)構(gòu)的一個末端處與生長基質(zhì)附接且在另一末端被部分地嵌入在主要流體層內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中主要流體層由多重流體層組成；[0080]圖1lD是顯示部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0081]圖1lE是顯示在除去流體層中的一些和錨定基質(zhì)后被部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0082]圖12A是顯示在生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中納米結(jié)構(gòu)在納米結(jié)構(gòu)單元中生長；[0083]圖12B是顯示在生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中納米結(jié)構(gòu)在納米結(jié)構(gòu)單元中生長且納米結(jié)構(gòu)單元具有不同的高度/深度；[0084]圖12C是顯示浸入到錨定基質(zhì)上的主要流體層中至其中納米結(jié)構(gòu)單元接觸流體層的深度的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0085]圖12D是顯示在納米結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的俯視圖；[0086]圖13A是顯示在生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中納米結(jié)構(gòu)的尖端被涂覆有材料或被圍住在泡狀物(bubble)中；[0087]圖13B是顯示浸入主要流體層后的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中主要流體層由兩個流體層組成且其中納米結(jié)構(gòu)的尖端被涂覆有材料或被圍住在泡狀物中；[0088]圖14A是顯示被引入到主要流體層中的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中生長基質(zhì)和錨定層相對于彼此移動，以將納米結(jié)構(gòu)引入到主要流體層中；[0089]圖14B是顯示部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0090]圖15A是顯示在六邊形生長基質(zhì)上生長的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；[0091]圖15B是顯示部分地嵌入在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中最終的錨定結(jié)構(gòu)是六邊形的；[0092]圖16A是未錨定的碳納米管陣列的圖；以及[0093]圖16B是錨定的碳納米管陣列的圖。[0094]詳述[0095]本發(fā)明涉及一種用于通過結(jié)合并控制預(yù)先制造的納米級結(jié)構(gòu)(納米結(jié)構(gòu))和在其中錨定納米結(jié)構(gòu)的多種材料的布置來產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法。在一個方面中，本發(fā)明教導(dǎo)了包含部分地或完全地浸入錨定材料內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料產(chǎn)品。已經(jīng)預(yù)期了允許多個納米結(jié)構(gòu)被可控地圍繞并浸入至錨定材料內(nèi)的特定深度和配置的多種技術(shù)。[0096]在以下詳細描述中，陳述了許多特定的細節(jié)，以提供對本發(fā)明的更為透徹的理解。然而，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，將明顯的是，可以實施本發(fā)明而不必限于這些特定的細節(jié)。在其它情況下，以框圖的形式而不是以細節(jié)來顯示眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置，以避免使本發(fā)明模糊。注意，在附圖中的某些中，納米結(jié)構(gòu)被有意地闡述成隔得很遠，以更清楚地顯示本發(fā)明的概念，其中它們實際上通常是密集的(denselypacked)。且如對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說應(yīng)明顯的是，這些圖僅是闡述性的且不成比例。[0097]讀者的注意力應(yīng)指向與這個說明書同時提交的且對公眾查閱這個說明書是開放的所有文章和文件，且所有此類文章和文件的內(nèi)容通過引用并入本文。除非另外清楚地說明，否則這個說明書(包括任意所附的權(quán)利要求、摘要和附圖)中所公開的所有特征可以由起到相同、等效或類似目的的可選擇的特征代替。因此，除非另外清楚地說明，否則所公開的每一個特征僅是等效或類似特征的通用系列的一個示例。[0098]而且，權(quán)利要求中沒有明確地陳述為用于進行特定功能的“裝置”或用于進行特定功能的“步驟”的任意元件不應(yīng)被解釋為如35U.S.C.第112節(jié)第6段中所指定的“裝置”或“步驟”條款。尤其，在本文的權(quán)利要求中的“的步驟”或“的行為”的使用并非意圖調(diào)用35U.S.C.112節(jié)第6段的條款。[0099]在下文中，提供關(guān)于本發(fā)明的介紹，以提供特定方面的理解。然后，呈現(xiàn)本發(fā)明的主要方面的概述。最后，提供結(jié)論，以簡要概括根據(jù)本發(fā)明的方法。[0100](I)介紹[0101]本發(fā)明意圖增加基質(zhì)的機械強度、增強基質(zhì)的耐熱性且提供用于固定納米結(jié)構(gòu)以用于各種各樣應(yīng)用的基質(zhì)。納米結(jié)構(gòu)被部分地或完全地嵌入在主要流體層內(nèi)。一旦納米結(jié)構(gòu)被浸入到主要流體層內(nèi)的所需深度，改變主要流體層，使得納米結(jié)構(gòu)變?yōu)殄^定在改變的錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)。主要流體層可以包括多重流體層，其中流體層中的一些可以被選擇性地改變，以形成錨定結(jié)構(gòu)。流體層可以被選擇為使得僅某些層被改變。可選擇地，流體層可以被選擇為使得一旦被改變，可以除去層中的至少一個。因此，裝置被形成為包括具有嵌入在其中的多個納米結(jié)構(gòu)的錨定結(jié)構(gòu)，其中納米結(jié)構(gòu)的一部分從錨定結(jié)構(gòu)被暴露。納米結(jié)構(gòu)的暴露部分可以包括納米結(jié)構(gòu)的至少一個末端或納米結(jié)構(gòu)的另外部分。[0102]本發(fā)明涉及包含可固化流體和可控地錨定在可固化流體內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。本發(fā)明還涉及用于制造所述產(chǎn)品的方法。[0103]本發(fā)明意圖滿足對可能之前受益于裝置內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的整合但之前由于納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的局限性而不可能的許多應(yīng)用的需要。[0104]本發(fā)明的方法和設(shè)備可以用多種材料和配置來實施，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解的。[0105]納米結(jié)構(gòu)可以被形成為具有多種長度、寬度，且還可以結(jié)合許多其它納米結(jié)構(gòu)，以形成多種配置和圖案。配置可以通過使納米管以特定的圖案生長來預(yù)先制造，或可以通過選擇性地篩選密集的納米結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生。合適的納米結(jié)構(gòu)類型可以包括但不限于納米線、納米管和納米顆粒。下文所討論的納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)用預(yù)先制造的納米管的密集的對齊陣列來形成。[0106]一般而言，納米結(jié)構(gòu)可以用各種材料來形成或生長。合適的材料的實例包括但不限于Al、In、Sn、Te和Se。一般而言，具有在納米級上的增強的性能的任意元件或化合物可以被聚集到一起，以被用于形成多個納米結(jié)構(gòu)。應(yīng)理解的是，從納米結(jié)構(gòu)至納米結(jié)構(gòu)的材料組合物在納米結(jié)構(gòu)的組內(nèi)可以是同質(zhì)的或異質(zhì)的，以適合各種各樣應(yīng)用。[0107]在本發(fā)明的精神內(nèi)，可以使用各種各樣流體層材料。類似地，流體層組合物可以是同質(zhì)的或異質(zhì)的。例如，同質(zhì)層可以由單一組分的光固化和/或熱固化的粘合劑組成，所述粘合劑主要由聚氨酯甲基丙烯酸酯樹脂組成，而異質(zhì)層可以包含聚合物加上交聯(lián)劑。這樣的結(jié)構(gòu)可以包括主要由聚二甲基硅氧烷和在交聯(lián)反應(yīng)中涉及的含鉬的催化劑組成的熱固化或時間固化的硅橡膠。[0108]合適的流體層應(yīng)具有合適的粘度，以實現(xiàn)特定應(yīng)用所需要的覆蓋度。通常，與錨定狀態(tài)相比，第一流體層通過其相對高的粘度而區(qū)別于改變的錨定層(錨定結(jié)構(gòu))。一般而言，流體層粘度被選擇為確保在單個納米結(jié)構(gòu)中的合適的覆蓋量?？梢赃x擇較不粘的材料，用于將納米結(jié)構(gòu)涂覆在納米結(jié)構(gòu)配置的周邊上?？梢杂幂^粘的材料，以充分滲入且分散在納米結(jié)構(gòu)配置內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)中。錨定結(jié)構(gòu)的主要特征是其用于將納米結(jié)構(gòu)錨定在其內(nèi)的適用性。[0109]環(huán)境條件在選擇用于需要對極端溫度和寬的溫度范圍的耐受性、對刺激性化學(xué)品的暴露、在流體中浸入及對紫外線射線的暴露的應(yīng)用的合適材料中也起著作用。材料還可以被選擇為在各種各樣應(yīng)用中為納米結(jié)構(gòu)屏蔽噪音。[0110]為了使流體層的狀態(tài)變成錨定結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，可以使用多種技術(shù)。這些技術(shù)包括但不限于溫度變化、光固化和流體層的化學(xué)改變。這些技術(shù)可以使流體層的狀態(tài)永久地或可逆地變成錨定結(jié)構(gòu)?？赡娴臓顟B(tài)變化的示例可以涉及溫度降低。溫度降低可以用于促使流體層硬化，從而將納米結(jié)構(gòu)錨定在層內(nèi)。然而在使流體層基本上恢復(fù)至初始溫度時，錨定材料恢復(fù)至其初始狀態(tài)。在主要流體層包括多重流體層的情況下，可以使用這些技術(shù)的組合。[0111]參考圖2，橫截面圖顯示停留在它們的制造基質(zhì)220上的多個納米結(jié)構(gòu)210。多個納米結(jié)構(gòu)210是以“nanocarpet(納米毯)”類型配置生長的密集碳納米管230。顯示在通過以熱化學(xué)氣相沉積(CVD)自組裝制造后的納米結(jié)構(gòu)210。[0112](2)本發(fā)明的特定細節(jié)[0113]本發(fā)明滿足對以下方法的需要:將已經(jīng)分別可能以特定的圖案形成的納米結(jié)構(gòu)錨定在另外的材料(生長基質(zhì))上，同時保留納米結(jié)構(gòu)的局部配置且得到從錨定材料突出的長度可控的自由末端，以及納米結(jié)構(gòu)的其它部分的暴露。這種方法的使用允許納米結(jié)構(gòu)從它們的制造(生長)基質(zhì)到其它基質(zhì)的轉(zhuǎn)移，或以廣生獨立的材料，同時保留它們的基礎(chǔ)物理性質(zhì)和功能。[0114]生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的本方法使得納米結(jié)構(gòu)從一種基質(zhì)到另一種基質(zhì)的轉(zhuǎn)移成為可能。反過來，基質(zhì)轉(zhuǎn)移使得納米結(jié)構(gòu)在它們之前由于在其上生長納米結(jié)構(gòu)的基質(zhì)而不能被使用的環(huán)境中的應(yīng)用成為可能。[0115]在圖3A中，顯示以矩形配置302的多個納米結(jié)構(gòu)300。預(yù)先制造的納米結(jié)構(gòu)300被顯示為停留在它們在其上生長的生長基質(zhì)304上。如圖3B所示的，當前方法中的第一行為(不包括納米結(jié)構(gòu)310本身的制造)是納米結(jié)構(gòu)310被插入其中的主要流體層306的產(chǎn)生。如下文將進一步描述的，主要流體層306可以包括一個流體層或具有相同或不同的固化性或其它性能的多個不同流體層。一旦包括主要流體層306的已知厚度的材料(聚合物)已經(jīng)產(chǎn)生，則通過使用它們的用于處理目的的初始基質(zhì)304，將多個納米結(jié)構(gòu)310插入其中。小心地執(zhí)行這個步驟，而沒有將過多的壓緊力應(yīng)用到基質(zhì)304上，以防止納米結(jié)構(gòu)310遭受破壞。即使與納米結(jié)構(gòu)310相關(guān)的長度尺度是非常小的，選擇用于主要流體層306的材料也具有充足的流動性和合適的濕潤性，以容易地填充納米結(jié)構(gòu)310之間和周圍的空間。當納米結(jié)構(gòu)310被完全插入時，這自然將產(chǎn)生等于納米結(jié)構(gòu)310的插入深度的可固化聚合物318的層的厚度(參見圖3C)。此外，可以進行納米結(jié)構(gòu)310經(jīng)由它們的初始基質(zhì)304在主要流體層306內(nèi)的控制的定位，以將納米結(jié)構(gòu)310插入到比主要流體層306的厚度小一些的深度。[0116]在將納米結(jié)構(gòu)插入到可固化材料的主要流體層306之后，主要流體層306通常必須通過一些處理過程來固化，盡管使用僅需要經(jīng)歷充足的時間來固化的材料是可能的。合適的改變(或固化)方法的另外的實例包括加熱/冷卻。改變溫度是一種有用的機制，通過該機制，可以加快主要流體層306到錨定結(jié)構(gòu)318的改變。還可以使用特定光處理的應(yīng)用比如應(yīng)用充足強度的紫外線照明設(shè)備，及作為活化劑的單獨的化學(xué)劑的添加，以改變主要流體層306。[0117]在基質(zhì)312上的主要流體層306連同附接到生長基質(zhì)304且浸入到流體層中的納米結(jié)構(gòu)310的整個組件經(jīng)歷固化或改變過程，以形成顯示在圖3C中的錨定結(jié)構(gòu)318。一旦改變過程已經(jīng)完成，納米結(jié)構(gòu)310被錨定在錨定結(jié)構(gòu)318中。[0118]—般而言，在沒有額外的處理的情況下納米結(jié)構(gòu)300并不能固有地很好地附接到它們的生長基質(zhì)304。在主要流體層306轉(zhuǎn)移到錨定結(jié)構(gòu)318內(nèi)之后，納米結(jié)構(gòu)310被牢牢地錨定，且現(xiàn)在可以容易地除去納米結(jié)構(gòu)310的初始生長基質(zhì)304。根據(jù)對保留初始圖案302和納米結(jié)構(gòu)300的局部配置的需要，小心地進行從納米結(jié)構(gòu)310移除生長基質(zhì)304。通過揭開初始生長基質(zhì)304，使納米結(jié)構(gòu)310被保留成錨定在錨定結(jié)構(gòu)318內(nèi)，因此它們的錨定深度是通過方法中的早期行為來控制的。納米結(jié)構(gòu)的“底部”(鄰近它們的初始基質(zhì)的末端)現(xiàn)在變成它們的“頂部”(離錨定結(jié)構(gòu)318的表面最遠的末端)。通過本方法的應(yīng)用，納米結(jié)構(gòu)310因此被反轉(zhuǎn)。當然，在納米結(jié)構(gòu)310的兩個末端被暴露超出錨定結(jié)構(gòu)318的實施方式中，這種“反轉(zhuǎn)”將不一定出現(xiàn)在最終的裝置中。[0119]返回參考圖3B，納米結(jié)構(gòu)310可以被主要流體層306以多種方式圍繞。一種這樣的方式是通過以可控的方式使納米結(jié)構(gòu)310下降到主要流體層306中來物理地將納米結(jié)構(gòu)310浸入到主要流體層306中。另外的可選擇過程涉及通過支撐表面304使納米結(jié)構(gòu)310懸浮在基質(zhì)312上方，且將主要流體層306澆注在基質(zhì)312上。支撐表面304通常是納米結(jié)構(gòu)310最初在其上生長的基質(zhì)。主要流體層306被澆注至預(yù)定的高度，使得納米結(jié)構(gòu)310被部分地或完全地浸入到主要流體層306中。然后可以允許主要流體層306沉降，形成基本上均勻的表面314。在多重流體層的情況下，在沉降期間，發(fā)生層的分層。類似地，未改變的主要流體層306可以在堅硬的固體基質(zhì)312上展開至特定的厚度，且允許在基本上均勻的高度上沉降。使用高度可重復(fù)的離心力以使流體層306展開至所需厚度的可選擇的微制造過程是眾所周知的，稱為旋涂。[0120]如圖3B所示的，改變主要流體層306且除去納米結(jié)構(gòu)310可以停留或附接在其上的初始支撐表面304，得到如圖3C所示的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料322。[0121]再次參考圖3C，顯示錨定在錨定結(jié)構(gòu)318內(nèi)的多個納米結(jié)構(gòu)310。錨定結(jié)構(gòu)318的性質(zhì)可以被修改，以適合多種應(yīng)用。錨定結(jié)構(gòu)318的屬性通常取決于用于主要流體層306(參見圖3B)的初始材料和通過其改變主要流體層306的方法?；瘜W(xué)改變主要流體層306是一種這樣的方法:所述方法可以用于產(chǎn)生錨定結(jié)構(gòu)318，該錨定結(jié)構(gòu)318展示出顯著區(qū)別于那些錨定結(jié)構(gòu)的性能，該性能可以其它方式被預(yù)期提供初始的主要流體層306的特征。再次，盡管主要流體層306的改變通常在本文中被討論成通過化學(xué)方式，但是如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，形成改變的錨定結(jié)構(gòu)318可以以多種方式來完成。[0122]在圖3D中，停留在基質(zhì)338上的第一錨定結(jié)構(gòu)332被顯示為被具有特定厚度的相同或不同材料的未固化的第二主要流體層328覆蓋。第一錨定結(jié)構(gòu)332和第二主要流體層328的厚度可以被修改，以適合預(yù)期使用納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料330的環(huán)境。盡管被顯示有支撐表面326，但是可以在用第二主要流體層328圍繞納米結(jié)構(gòu)340之前除去支撐表面326。第一錨定結(jié)構(gòu)332可以被任意數(shù)目的主要流體層328覆蓋。每一個主要流體層328可以被選擇為增強納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料330的整體適用性，且隨后被改變，以滿足其預(yù)期用途。關(guān)于多個主要流體層328和332，納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料330可以由同質(zhì)或異質(zhì)的組合物形成。[0123]在圖3E中，顯示包括在第一錨定結(jié)構(gòu)342和第二錨定結(jié)構(gòu)346中的不同深度處的第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料350。盡管第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354被顯示為在形狀上大體矩形，但是多種其它形狀也是可能的。第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354被隔開可控的距離。這個距離可以通過將如圖3A所示的第一多個納米結(jié)構(gòu)配置302圍繞在第一流體材料中，之后通過以特定的距離來圍繞單獨的但相似的第二納米結(jié)構(gòu)配置302來實現(xiàn)?？蛇x擇地，第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354可以選擇性地以所需的間隔距離來生長。在另外的可選擇方案中，第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354可以從納米結(jié)構(gòu)300的稠密毯生長，如圖3A所示的。通過小心地除去停留在生長基質(zhì)304上的納米結(jié)構(gòu)，可以形成第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354?？梢圆捎醚诒危沟玫谝恢饕黧w層332和第二主要流體層328覆蓋不同的表面區(qū)域。[0124]插入深度或第一納米結(jié)構(gòu)配置352和第二納米結(jié)構(gòu)配置354在第一錨定結(jié)構(gòu)342和第二錨定結(jié)構(gòu)346內(nèi)的深度可以被控制，以建立突出部358離第二錨定結(jié)構(gòu)346的表面356的所需高度?？蛇x擇地，突出部358的長度可以通過增加或減小第一錨定結(jié)構(gòu)342的高度360和第二錨定結(jié)構(gòu)346的高度362來控制。[0125]第一錨定結(jié)構(gòu)342可以被選擇為使得其將牢固地附著到由不同組合物組成的第二錨定結(jié)構(gòu)346上。在第一錨定結(jié)構(gòu)342和第二錨定結(jié)構(gòu)346之間的附著還可以通過在形成第一錨定結(jié)構(gòu)342之后但在形成第二錨定結(jié)構(gòu)346之前添加環(huán)氧樹脂或其它合適的材料來完成。可選擇地，如果第一錨定結(jié)構(gòu)342和第二錨定結(jié)構(gòu)346是同質(zhì)的，那么納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料350將典型地起作用，就像復(fù)合材料350是由一個單一連續(xù)的結(jié)構(gòu)組成，而不是由兩個或更多個分別產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)342和346組成。這種特征被預(yù)見為在錨定的納米結(jié)構(gòu)352和354的應(yīng)用中是極其有用的，所述應(yīng)用需要足夠厚的結(jié)構(gòu)(層)342和346，以便成為機械彈性的且易于操縱的，但在例如50μm薄膜的情況下，這對于使用將會是太薄弱的。在基質(zhì)上的納米結(jié)構(gòu)通常被認為具有100μm左右的至多一個尺度，但通常不會更大。因此，總厚度等于由第一錨定結(jié)構(gòu)342的高度360和第二錨定結(jié)構(gòu)346的高度362構(gòu)成的錨定深度的結(jié)構(gòu)342和346將是相當薄的。[0126]在圖4A中，顯示具有小于納米結(jié)構(gòu)的長度的總高度的掩模400。掩模通常由耐用的材料比如鋁制成，該材料被平版印刷，以產(chǎn)生跨越掩模的深度的至少一個通道402。通道402選擇性地允許多種納米結(jié)構(gòu)比如碳納米管、納米管、納米線和/或納米顆粒的通過。掩模402的尺寸允許產(chǎn)生特定的納米管圖案。掩模402通常由可以再次使用的材料制成。一般而言，納米管的較大的毯可以被放置在掩模402的頂部上，以形成特定的掩蔽的納米管圖案。然后，這些可以被部分地浸入到流體錨定層中，以大量生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。使用掩模402的另外的益處為能夠運輸具有掩模和附接的初始生長基質(zhì)的復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)的能力。這在處理過程及船運中起到完全保護在商業(yè)應(yīng)用中的納米結(jié)構(gòu)的作用。[0127]在圖4B中，顯示具有垂直于表面404定向的多個納米結(jié)構(gòu)412的表面404。由于納米結(jié)構(gòu)412具有超過掩模400的深度的長度，表面404在掩模400上的疊加允許與表面404相關(guān)的多個納米結(jié)構(gòu)412選擇性地穿過掩模400的通道402。盡管納米結(jié)構(gòu)406中的一些能夠穿過通道402，但是其它的納米結(jié)構(gòu)408被偏離。不能穿過掩模400的通道402的納米結(jié)構(gòu)(偏離的納米結(jié)構(gòu)408)在多個方向中偏離。被允許穿過每一個通道402的納米管允許穿過的(引導(dǎo)的)納米結(jié)構(gòu)406的陣列形成掩蔽的納米管圖案。[0128]接著，穿過的納米結(jié)構(gòu)406被浸入主要流體層410的一深度處，所述深度通常等于掩模400的深度。掩模400通常防止偏離的納米結(jié)構(gòu)408進入主要流體層410。通過固化或改變主要流體層410，形成將穿過的納米結(jié)構(gòu)406牢牢地固定到第一錨定結(jié)構(gòu)的第一錨定結(jié)構(gòu)。表面404然后可以被除去，得到包含具有以掩蔽的納米管圖案布置的納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)的初始復(fù)合材料，所述納米管圖案相應(yīng)于通道尺寸和布置。在該點，相同或不同的材料的第二主要流體層可以被應(yīng)用到第一層且然后被固化，使得復(fù)合材料高度小于納米結(jié)構(gòu)的總長度。[0129]在產(chǎn)生形成有掩蔽的圖案的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料之后，可以將包含第二多個納米結(jié)構(gòu)的第二表面浸入在之前產(chǎn)生的錨定結(jié)構(gòu)上流動的第二主要流體層中。在固化第二主要流體層之后，可以除去第二表面，得到包含來自多重表面的納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。盡管上文沒有明確地陳述，但可能的是，在這個階段中可以使用第二掩模，以產(chǎn)生額外的納米結(jié)構(gòu)圖案。重要的是，注意第二流體層的高度應(yīng)小于來自第一表面的納米結(jié)構(gòu)的暴露部分的高度。應(yīng)注意，旋涂流體層的方法是在主要流體層固化之前均勻地應(yīng)用主要流體層的方法的一個實例。[0130](3)使用碳納米管的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料[0131]盡管納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可以用多種納米結(jié)構(gòu)和錨定材料來形成，但是下文的討論提供形成一種這樣的復(fù)合材料，特別是碳納米管(CNT)復(fù)合材料的詳細描述。[0132]用于證明本錨定方法的CNT陣列是通過在鐵噴濺的石英表面上的熱化學(xué)氣相沉積的眾所周知的過程來生長的。這個生長過程產(chǎn)生多壁碳納米管的密集陣列，無論是否存在催化劑材料。CNT陣列通常垂直于生長表面被定向。陣列在給定的樣品上的總高度通常是相當一致的?？?cè)∠蛟谳^大的長度尺度上基本上一致，而纏結(jié)通常存在于納米級中。代表性的碳納米管直徑大致為20nm，而納米管間的間距在50-100nm之間。[0133]根據(jù)現(xiàn)有的生長參數(shù)比如生長時間、原料氣流速(且因此，在樣品表面處的平均流動速度)及預(yù)先沉積的催化層的組成、系統(tǒng)壓力和厚度，對于短期間的生長時間，可以得到約IOnm的陣列高度，但對于較長期間的生長時間，陣列高度可以超過150nm。一般而言，對于較高的陣列，取向和陣列高度一致性的性質(zhì)趨向于更一致。[0134]本方法的三個行為包括旋涂未固化的材料的至少一個層以產(chǎn)生主要流體層的所需厚度，將CNT(或任意其它合適的納米結(jié)構(gòu))垂直插入到主要流體層中及固化整個組件。以上提及的步驟可以實施任意數(shù)目的次數(shù)，以產(chǎn)生多層的復(fù)合材料，或具有特定的CNT陣列配置的復(fù)合材料。還可以進行可選擇的步驟比如碳納米管的初始生長基質(zhì)的去除。[0135]這個本方法提供對碳納米管在錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的插入深度以及錨定結(jié)構(gòu)本身的配置的直接控制。因此，碳納米管的至少一個末端的長度可以從錨定結(jié)構(gòu)的表面突出，或可以暴露其它部分。彈性體和突出的CNT陣列的獨立的柔性復(fù)合膜可以通過從它們的基質(zhì)中剝落膜來獲得，因此它們可以被轉(zhuǎn)移至單獨的表面或裝置部件，消除了對待與CNT制造過程相容的基質(zhì)和安裝表面以及裝置部件的需要。[0136]碳納米管陣列的錨定改進了額外的制造后行為期間的處理?？偟膩碚f，本產(chǎn)品提供抵抗意外刮擦、抗空氣吹或流體流動沖洗掉且從功能裝置的表面除去的穩(wěn)健性。重要的是，在錨定過程期間，保留了初始的如所生長的碳納米管的圖案和局部配置。因此，本方法與標準的碳納米管生長圖案化方案相容。[0137]在圖5A中，顯示錨定在錨定層510內(nèi)的46μm高的納米毯500的低放大倍數(shù)的圖。碳納米管已經(jīng)生長，以形成稠密的納米毯500。錨定層510是聚合物加上交聯(lián)劑，主要由聚二甲基硅氧烷(PDMS)和交聯(lián)反應(yīng)中涉及的含鉬的催化劑組成。通過主動應(yīng)用熱或被動地通過停留時間(passagetime)固化,錨定層510從流體變成錨定層(結(jié)構(gòu))510。每一種方法導(dǎo)致聚合物至透明硅橡膠的轉(zhuǎn)變。[0138]在圖5B中，顯示碳納米管復(fù)合材料520的降低的放大倍數(shù)的橫截面圖。復(fù)合材料520由固定在第二硅橡膠錨定結(jié)構(gòu)560內(nèi)的46μm高的納米毯530組成。使用掃描電子顯微鏡，第二硅橡膠錨定結(jié)構(gòu)560被測量為大致29μm厚。在改變具有在其中的納米毯530的第二錨定結(jié)構(gòu)560之前，主要的錨定結(jié)構(gòu)540被應(yīng)用到載玻片550上且被改變。厚的主要錨定結(jié)構(gòu)540具有630μm的測量厚度。一旦納米毯520被硅酮流體層包圍，硅酮流體層被改變，以形成所示的透明錨定結(jié)構(gòu)540?，F(xiàn)在呈現(xiàn)用于將納米毯錨定在室溫硫化(RTV)材料層中的兩種方法。[0139]在圖6A中，顯示形成薄層復(fù)合材料610的第一方法。薄層復(fù)合材料610以附接有支撐表面602的碳納米管陣列600開始。附接有碳納米管陣列600的支撐表面602被反轉(zhuǎn)，且然后被垂直插入到主要流體層604中。為本方法所固有的如所生長的碳納米管陣列600的反轉(zhuǎn)可以具有額外的益處，因為眾所周知的是碳納米管陣列600在表面602上生長且通常具有封閉末端作為它們的尖端或還可以容納催化劑顆粒。一般而言，對于例如場致發(fā)射和傳感的應(yīng)用，該反轉(zhuǎn)提供的開放的末端是優(yōu)選的。圍繞碳納米管陣列600的主要流體層604由旋涂在載玻片606上的未固化的RTV材料組成。通過將整個組件暴露到大約80°C的熱608來改變主要流體層604,從而形成錨定結(jié)構(gòu)612。錨定結(jié)構(gòu)612將碳納米管陣列600固定在錨定結(jié)構(gòu)612內(nèi)的用戶指定的深度處，且因此形成具有固定在錨定結(jié)構(gòu)612內(nèi)的碳納米管600的碳納米管復(fù)合材料?？蛇x擇地，附接的支撐表面602可以從碳納米管陣列600中除去。對于錨定結(jié)構(gòu)612中的碳納米管復(fù)合材料被進一步加工、處理或船運的應(yīng)用，通常最好是不除去支撐表面602，直到必要時。[0140]在圖6B中，顯示形成相對厚的層的碳納米管復(fù)合材料的第二方法。RTV材料的第一主要流體層616首先在特氟隆(Tef1n)材料614的片上被產(chǎn)生。使用80°C的熱處理618來改變第一主要流體層616。一旦被改變(或固化)，第一主要流體層616變成第一錨定結(jié)構(gòu)620。未固化的RTV的第二主要流體層622的沉積物然后放置在第一錨定結(jié)構(gòu)620的頂部上。保持碳納米管陣列600’的支撐表面602’然后可以被反轉(zhuǎn)且部分浸入到第二主要流體層622中。整個組件然后被熱固化618’，以形成單一連續(xù)的錨定結(jié)構(gòu)620’。得到的“厚在薄上(thick-on-thin)”的復(fù)合材料624被顯示為具有牢牢地固定在剛剛形成的雙層錨定結(jié)構(gòu)620’內(nèi)的碳納米結(jié)構(gòu)陣列600’。由于厚的主要流體層616首先被固化168，因此碳納米管陣列600’被部分地浸入到沉積在第一錨定結(jié)構(gòu)620的頂部上的未固化的第二主要流體層622內(nèi)的用戶指定的深度。由于它們由相同的RTV材料組成，所以第一錨定結(jié)構(gòu)和第二錨定結(jié)構(gòu)確保了在兩個層之間的界面處的良好結(jié)合。固化的RTV沒有很好地粘附到特氟隆614上，這允許碳納米管復(fù)合材料624的容易釋放?？蛇x擇地,可以從碳納米管陣列600’中除去附接的支撐表面602’。[0141]在圖7A中，顯示以偏離垂直面的60度傾斜角顯示的樣品的橫截面圖。A表示RTV錨定層，當被校正用于觀測透視時，其在這個位置處的厚度為30μm，且B表示碳納米管700的突出的不含RTV材料的部分，當被校正用于透視時，其在這個位置處的厚度為約64μm。比例尺為20μmo在旋涂后,通過反轉(zhuǎn)碳納米管陣列700,而沒有接觸包含陣列700的碳納米管，且輕輕地將碳納米管陣列700插入到流體層中，碳納米管陣列700被小心地插入到旋轉(zhuǎn)的未固化的RTV主要流體層中。沒有將額外的力應(yīng)用到生長基質(zhì)720的背面。在大約80°C下烘烤由載玻片、未固化的RTV層、納米毯和生長基質(zhì)(且還有特氟隆片和雙面膠，如果使用的話)組成的整個組件，過夜。烘烤后，通過用鑷子夾住側(cè)面且直接向上舉起基質(zhì)片，可以容易地除去石英生長基質(zhì)，現(xiàn)在將其從被植入到錨定結(jié)構(gòu)710中的碳納米管陣列700中釋放。[0142]將一小部分的RTV材料應(yīng)用到固定的載玻片的中心，且以2700rpm旋轉(zhuǎn)2分鐘，使未固化的RTV材料在載玻片上展開成薄膜。對于沒有用特氟隆片制成的薄層樣品，遠離碳納米管陣列700的植入?yún)^(qū)域的固化的RTV層的節(jié)段被部分地釋放且用剃刀和鑷子從載玻片向上剝落。使用游標厚度規(guī)，RTV錨定結(jié)構(gòu)710的厚度被測量為36μm(±2.5μπι)，提供在0.28cm2的規(guī)端面面積(gaugefacearea)上的平均測量值。隨后用掃描電子顯微鏡(SEM)在特定的位置中證實了這個厚度。最終的結(jié)果顯示在圖7A的下部分中。對于用特氟隆片制成的薄在厚上(thin-on-thick)的層樣品，RTV材料的第一厚層的厚度為通過光學(xué)顯微鏡測量的630μm,且納米毯錨定在其中的RTV材料的第二薄層的厚度為通過SEM測量的26μm。這個樣品顯不在圖2的下部和圖3中。[0143]在圖7B中，顯示了顯示從26μm厚的第二錨定結(jié)構(gòu)740突出的51μm厚的納米毯750的圖，碳納米管陣列750被部分地錨定在第二錨定結(jié)構(gòu)740中。碳納米管陣列750被錨定在沉積在已經(jīng)固化的第一RTV錨定結(jié)構(gòu)730上的第二RTV錨定結(jié)構(gòu)740中。與下方的厚的第一RTV錨定結(jié)構(gòu)730相比，第二錨定結(jié)構(gòu)740被容易地看到，因為高體積分數(shù)的傳導(dǎo)性的碳納米管陣列750使來自入射電子束的電荷充分分散，而第一錨定結(jié)構(gòu)730不具有碳納米管且積累電荷，導(dǎo)致所示的低反差。[0144]RTV錨定結(jié)構(gòu)740和750由PDMS和交聯(lián)劑組成。在使用之前，以生產(chǎn)商建議的10:1的重量比通過手動攪拌來混合未固化的RTV材料的兩種組分。載玻片首先用異丙醇(IPA)和18.2ΜΩ-αιι去離子水來沖洗，用氮氣干燥，且用雙面膠固定到培養(yǎng)皿的底部。在薄在厚上的層的方法中，利用首先也用異丙醇(IPA)和18.2ΜΩ-cm去離子水來沖洗且氮氣干燥的特氟隆材料的1/32英寸厚的片，以允許在完成最終固化時RTV材料的容易釋放。將大量的未固化的RTV材料混合物涂布在特氟隆表面上，然后在大約80°C下烘烤。然后在還停留在特氟隆表面上的厚的固化層的頂部上，以2700rpm旋轉(zhuǎn)最終的薄層2分鐘，之后是納米毯插入和最后的烘烤。[0145]在圖8A中，顯示由部分浸入到錨定結(jié)構(gòu)810內(nèi)的碳納米結(jié)構(gòu)陣列820組成的碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料800。碳納米結(jié)構(gòu)陣列820關(guān)于錨定結(jié)構(gòu)810形成角度。盡管在圖8A中難以看到錨定結(jié)構(gòu)810內(nèi)的單個納米結(jié)構(gòu)的方向，但是圖解表示830表征了它們整體成角度的趨勢。一般而言，在長度上較長的納米結(jié)構(gòu)趨向于關(guān)于它們的整體方向更均勻。然而，在長度上較短的納米結(jié)構(gòu)可以具有關(guān)于納米結(jié)構(gòu)陣列820的取向更為異常的現(xiàn)象，因為這與錨定結(jié)構(gòu)810有關(guān)。盡管如此，在較大的尺寸中，仍然還可以識別整體取向。[0146]參考圖8B，碳納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料840由顯示為部分浸入到錨定結(jié)構(gòu)870內(nèi)的碳納米結(jié)構(gòu)陣列850組成。碳納米結(jié)構(gòu)陣列850和錨定結(jié)構(gòu)870相遇的邊界860通過虛線來區(qū)分。碳納米結(jié)構(gòu)陣列850的底部基本上關(guān)于錨定結(jié)構(gòu)870垂直。圖解表示880表征了在界面860處形成的直角，在納米結(jié)構(gòu)陣列850的重量下邊界860開始傾向一側(cè)。[0147](4)使用PDMS和交聯(lián)劑的詳細實驗程序[0148]下面列出用于進行使用PDMS和交聯(lián)劑的方法的完整的詳細實驗程序。[0149]本發(fā)明通過以下程序來例證，且額外地擴展至使用待錨定的不同納米結(jié)構(gòu)、用于可固化層的不同材料及使材料固化的不同方法的其它實施方式。[0150]在應(yīng)用方法之前:[0151]在約725°C下的I英寸直徑的石英管爐中，在預(yù)先涂覆(濺涂)有5nmFe的石英基質(zhì)(lcmxlcmx0.16cm)上制造熱的CVD生長的納米毯。原料氣為以4:1(C2H4=H2)比率的乙烯和氫氣，且生長時間為10分鐘。[0152]方法的實驗行為:[0153]通過手動攪拌混合未固化的RTV材料(RTV615，GESilicones，Wilton，CT)的兩種組分(比率10:1)。將尺寸為IV2英寸直徑的小部分倒在3”51”載玻片的中心上，載玻片用雙面膠(3M)粘到培養(yǎng)皿的底部。培養(yǎng)皿旋轉(zhuǎn)2分鐘，使粘性的未固化的RTV材料在載玻片上展開成薄膜。[0154]在旋涂后，生長基質(zhì)(及在其表面上支撐的納米毯)被輕輕地顛倒放置在未固化的RTV材料的薄層中，將納米毯的一部分插入到RTV層中。沒有將額外的力應(yīng)用到生長基質(zhì)的背面。[0155]載玻片-RTV-納米毯-生長基質(zhì)組件在約80°C下烘烤過夜(14小時)，以使RTV材料完全固化。[0156]在烘烤后，通過用鑷子輕輕地夾住側(cè)面且將基質(zhì)片直接向上舉起，容易地除去生長基質(zhì)。生長基質(zhì)從納米毯上釋放，留下植入到固化的RTV層中的納米毯，且之前的“底部”表面現(xiàn)在作為上部表面。[0157]遠離納米毯植入?yún)^(qū)域的固化的RTV層的節(jié)段被部分地釋放且用剃刀從載玻片上剝落，并用游標厚度規(guī)測量RTV層的厚度為36μm。[0158]為了測試納米毯嵌入?yún)^(qū)域中的固化的RTV層的強度和連續(xù)性，用鑷子來拉動從表面立起的鋪定納米毬.的片。[0159]最后，以SEM表征鋪定的納米經(jīng)的移除片和剩余部分。[0160](5)另外的概念[0161]如之前所提及的，主要流體層可以包含一個流體層或多重流體層。上文所示的情況通常闡述主要流體層包括一個流體層的情況。這種情況被簡單地圖示在圖9A至圖9D中。在圖9A中，圖示在生長基質(zhì)910上生長的多個納米結(jié)構(gòu)900。在圖9B中，在錨定基質(zhì)930上形成主要流體層920。圖9C圖示在插入到主要流體層920中的所需深度后的納米結(jié)構(gòu)900。隨后，主要流體層920被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)940，且除去生長基質(zhì)910，留下如圖9D所圖示的裝置。[0162]主要流體層還可以由多重流體層形成，如圖10和圖11所圖示的。圖1OA至圖1OE圖示主要流體層包括兩個流體層的情況。在這種情況下，在改變行為期間，流體層中的一個沒有改變、或確實改變，但易于除去，得到具有突出通過兩側(cè)的納米管的裝置。尤其，圖1OA圖示在生長基質(zhì)1010上生長的多個納米結(jié)構(gòu)1000。包含第一流體層1020’和第二流體層1020’’的主要流體層1020在錨定結(jié)構(gòu)1030上形成，如圖1OB所圖示的。典型地，流體層通過旋涂形成。流體可以通過順序的旋涂操作來形成。流體還可以被一起旋涂且可以通過性能比如壓力、密度、粘度、不溶混性及疏水性來分開/分層。納米管1000被引入到主要流體層1020中的所需深度。如圖1OC所圖示的，流體層1020’和1020’’中的至少一個然后被改變，以形成包括層1040’和1040’’的錨定結(jié)構(gòu)1040，且除去生長基質(zhì)1010，如圖1OD所圖示的。接著，層1040’中的一個被除去，留下嵌入在錨定結(jié)構(gòu)1040的剩余部分中的納米結(jié)構(gòu)1000，如圖1OE所圖示的。如之前所述的，除去的層1040’可以由在其它層改變時沒有改變的材料(例如，當其它層為聚合物時，材料為水)形成。其還可以由確實改變但非常疏松地附接到納米結(jié)構(gòu)和其它層上的材料(例如，當其它層為聚合物時，材料為蠟)形成。此夕卜，除去的層1040’可以由改變了但可以通過重新改變材料來除去的材料(例如，當其它層為聚合物時，材料為冷卻以固化的蠟，其中蠟可以被重新加熱且在以液體形式時被除去)形成。在這種情況下，層1040’的除去導(dǎo)致錨定基質(zhì)1030的除去。[0163]較為復(fù)雜的情況圖示在圖11中，其中結(jié)合了幾個流體層。如圖1lA所示的，多個納米結(jié)構(gòu)1100在生長基質(zhì)1110上生長。由流體層1120，、1120，，、1120”，和1120，，，，組成的主要流體層1120在錨定基質(zhì)1130上形成，如圖1lB所圖示的。納米結(jié)構(gòu)1100被引入到主要流體層1120的所需深度，如圖1lC所圖示的。流體層1120’、1120’’、1120’’’和1120’’’’中的一些被改變，以形成包括層1140’、1140’’、1140’’’和1140’’’’的錨定結(jié)構(gòu)1140，且除去生長基質(zhì)1110，如圖1lD所圖示的。接著，除去未改變的流體層，留下嵌入在錨定結(jié)構(gòu)1140的剩余部分中的納米結(jié)構(gòu)1100，如圖1lE所圖示的。在這種情況下，層1140’的除去導(dǎo)致錨定基質(zhì)1130的除去。[0164]可以采用的另外的概念呈現(xiàn)在圖12中，其中納米結(jié)構(gòu)1200在納米結(jié)構(gòu)單元1210中生長。如圖12A所示的，納米結(jié)構(gòu)單元1210具有高度/深度1220。納米結(jié)構(gòu)1200生長，使得它們延伸超出納米結(jié)構(gòu)單元1210。圖12B圖示納米結(jié)構(gòu)單元1210具有不同的高度/深度1220的情況，這允許納米結(jié)構(gòu)1200當被浸入時延伸超出流體層的長度的控制的改變。不同的高度/深度1220可以如所期望地被圖案化。圖12C圖示浸入錨定結(jié)構(gòu)1240上的主要流體層1230中至納米結(jié)構(gòu)單元1220剛好接觸流體層1230的深度的多個納米結(jié)構(gòu)1200。圖12D圖示納米結(jié)構(gòu)單元1210的俯視圖。盡管納米結(jié)構(gòu)單元1210被描繪成五邊形的，但是它們可以是特定實施方式所期望的或有用的任意形狀。而且，納米結(jié)構(gòu)單元1210可以被連續(xù)地或不連續(xù)地跨越生長基質(zhì)分布。[0165]作為另外的概念，如圖13A所圖示的，納米結(jié)構(gòu)1300可以被涂覆有材料或泡狀物可以圍繞納米結(jié)構(gòu)尖端形成，以利于流體層1320’的除去。在圖13的特定情況下，圖示泡狀物1310。泡狀物1310可以由多種材料比如薄玻璃等形成。這允許在移除過程期間保護納米結(jié)構(gòu)，因為流體層1320’將幾乎沒有接觸納米結(jié)構(gòu)。在圖13B中，圖示浸入到包括第一流體層1320’和第二流體層1320’’的主要流體層1320中的納米結(jié)構(gòu)1300。材料或泡狀物的額外的益處為，其有助于使納米結(jié)構(gòu)尖端遠離包括主要流體層1320的材料，使得在改變主要流體層1320后，納米結(jié)構(gòu)1300的尖端是潔凈的且沒有殘余的改變的流體層材料。[0166]兩種額外的相關(guān)制造技術(shù)顯示在圖14和圖15中。應(yīng)理解的是，兩種技術(shù)作為形狀的橫截面來顯示，形狀可以是本質(zhì)上管狀的、殼型結(jié)構(gòu)或其它本質(zhì)上較不規(guī)則的形狀。此夕卜，盡管圖14和圖15中的橫截面分別用圓形和六邊形橫截面來描繪，但是它們意圖僅是示例性的，且可以根據(jù)實際裝置的需要來改變。而且，14和圖15中的兩個橫截面作為閉合形狀被顯示。再次，這意圖為示例性特征且可以根據(jù)實際裝置的需要來改變。最后，在圖14中描繪的主要流體層被顯示為具有單個層且在圖15中描繪的主要流體層被顯示為具有兩個層。根據(jù)特定的應(yīng)用，實際的主要流體層可以包括單個層或多個流體層。最后，在兩種技術(shù)中，生長基質(zhì)/納米結(jié)構(gòu)和錨定基質(zhì)/主要流體層的相對位置可以如所期望地相互交換。[0167]現(xiàn)在參考圖14A，在生長基質(zhì)1410上的多個納米結(jié)構(gòu)1400被引入到在錨定基質(zhì)1430上的主要流體層1420中。在這種情況下，生長基質(zhì)1410和錨定基質(zhì)1430相對于彼此移動(例如，錨定基質(zhì)1430可以相對于生長基質(zhì)1410旋轉(zhuǎn)并移動)，從而將納米結(jié)構(gòu)1400引入到主要流體層1420中。當發(fā)生這種運動時，主要流體層1420被改變，以形成具有嵌入在其中的多個納米結(jié)構(gòu)1400的錨定結(jié)構(gòu)1440，如圖14B所示的?？蛇x擇地，主要流體層1420可以是具有充足的粘度以從生長基質(zhì)1410中除去納米結(jié)構(gòu)1400的半固體拾起層(pickuplayer)。在這種情況下，主要流體層1420可以被改變，以在隨后的時間中形成錨定結(jié)構(gòu)1440。[0168]關(guān)于圖15A，顯示在六邊形生長基質(zhì)1510上的多個納米結(jié)構(gòu)1500。在其上具有主要流體層1530的可膨脹的(inflatable)錨定基質(zhì)1520停留在生長基質(zhì)1510內(nèi)。主要流體層1530包括第一流體層1540和第二流體層1550。壓力1560被用于使錨定基質(zhì)1520膨脹，使得納米結(jié)構(gòu)1500被引入到主要流體層1530中的所需深度。主要流體層1530的至少一部分然后被改變，以形成具有嵌入在其中的多個納米結(jié)構(gòu)的錨定結(jié)構(gòu)1570，如圖15B所示的。在所示的情況下，(取決于特定的實施方式，固化的或未固化的)第二流體層1550被除去，且改變的第一流體層1540形成錨定結(jié)構(gòu)1570。[0169]關(guān)于圖15的方法，根據(jù)所應(yīng)用的壓力，最終的錨定結(jié)構(gòu)1570可以采用生長基質(zhì)1510的內(nèi)部形狀，或其邊緣可以更圓。并且，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，壓力1560可以是氣動的、液動的、機械的或其它。此外，在其它實施方式中，壓力還可以被應(yīng)用到生長基質(zhì)1510上。[0170]圖14和圖15所示的方法可以與多種主要流體層改變技術(shù)比如熱壓印(hotembossing)一起使用。[0171](6)應(yīng)用[0172]本發(fā)明的裝置在一系列的領(lǐng)域中具有各種各樣應(yīng)用。這樣的應(yīng)用的非限制性實例在下面通過領(lǐng)域列出。[0173]-醫(yī)學(xué)/生物技術(shù)[0174]醫(yī)學(xué)應(yīng)用包括用途比如眼貼(例如，滑液眼貼，用于藥物遞送以幫助近視網(wǎng)膜鞏膜和黃斑變性的情況)、結(jié)腸癌治療、Z3皮膚病學(xué)、血管再成形術(shù)裝置。在這樣的裝置中，可以通過利用某些藥物溶液的疏水/親水性質(zhì)將藥物引入到納米結(jié)構(gòu)中，且納米管起到穿透組織用于藥物遞送的一組納米針的作用。特定藥物的性質(zhì)可以被改變，以調(diào)節(jié)它們的疏水/親水性質(zhì)，以通過特定納米結(jié)構(gòu)材料(例如，在碳納米管的情況下，為碳)優(yōu)化拾起。[0175]而且，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以用于其它醫(yī)學(xué)/生物技術(shù)應(yīng)用中，比如基因傳遞、細胞測定、透析處理和生物標記物癌癥篩查。[0176]-能量[0177]能量應(yīng)用(特別是對于納米結(jié)構(gòu)具有從錨定結(jié)構(gòu)的每一側(cè)延伸的末端的情況)包括用于地球和基于空間的應(yīng)用兩者的太陽熱能收集、用于傳導(dǎo)性熱傳遞的熱傳遞(熱交換器)和對流微流體熱傳遞。應(yīng)用包括加熱和輻射兩者。在熱交換器應(yīng)用中，納米管為傳導(dǎo)提供較大的表面積。[0178]-流體純化[0179]在納米結(jié)構(gòu)具有從錨定結(jié)構(gòu)的每一側(cè)延伸的末端的情況下，本發(fā)明的裝置可以起到微流體水(或其它液體)過濾器和氣體/空氣顆粒過濾器的作用。[0180]-其他[0181]利用電氣性質(zhì)，在納米結(jié)構(gòu)具有從錨定結(jié)構(gòu)的每一側(cè)延伸的末端的情況下，本發(fā)明的裝置(具有應(yīng)用的電流)可以起到自清潔表面的作用。而且，可以針對允許穿過流體的特征中的阻力減少/增加的特征選擇納米管。這種性質(zhì)在從管道系統(tǒng)至造船的許多流體流動情況中具有應(yīng)用。[0182]應(yīng)注意，以上應(yīng)用僅是用于本發(fā)明的裝置的可能應(yīng)用的組中的一些實例。此外，這些應(yīng)用可以如所期望地組合。例如，在納米結(jié)構(gòu)具有從錨定結(jié)構(gòu)的每一側(cè)延伸的末端的裝置的情況下，其可以用作空氣過濾器，該空氣過濾器當變臟時，可以通過經(jīng)由電流的應(yīng)用起到自清潔表面的作用來清潔/再生。[0183](7)結(jié)論[0184]通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的錨定的納米結(jié)構(gòu)和錨定材料的屬性取決于可固化流體的性質(zhì)，包括在固化狀態(tài)中的柔性、強度和硬度，在固化狀態(tài)中的光學(xué)透明度及在未固化的狀態(tài)中的粘度、密度和納米結(jié)構(gòu)可濕潤性。[0185]類似地，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的錨定的納米結(jié)構(gòu)和錨定材料的屬性的一部分取決于納米結(jié)構(gòu)插入到其中的未固化的主要流體層的厚度，導(dǎo)致對從固化的材料突出的納米結(jié)構(gòu)的總長度的一部分的控制。從錨定結(jié)構(gòu)突出的納米結(jié)構(gòu)的長度可以通過納米結(jié)構(gòu)的總長度減去納米結(jié)構(gòu)插入到其中的主要流體層的厚度來得到。[0186]如之前所提及的，本發(fā)明可應(yīng)用于許多領(lǐng)域中的不同應(yīng)用中，比如表面致動器、超高表面積超級電容器、靜電致動的表面、流體動力減阻、場致發(fā)射裝置、透明的柔性電子設(shè)備和顯示器、熱傳遞和熱輻射器、用于生物細胞生長和組織培養(yǎng)的微模板、用于芯片實驗室(lab-on-a-chip)的控制的主動的和被動的流體輸送及光活性表面。在某些方面中，所有這些需要納米結(jié)構(gòu)的一部分是自由的且從錨定材料突出而不是完全嵌入錨定材料中，以利用納米結(jié)構(gòu)的功能性且允許它們被操縱且以其他方式與它們的環(huán)境相互作用。[0187]本發(fā)明還進一步涉及將大量的預(yù)先制造的納米結(jié)構(gòu)和可固化材料集合到一起的方法，在可固化材料中，通過在處于其最終狀態(tài)時的固化的材料，預(yù)先形成的(preformatted)納米結(jié)構(gòu)將通過在它們的底部被保持而被錨定到特定的深度。這種方法具有留下從錨定材料突出的納米結(jié)構(gòu)的總的初始長度的特定部分的非常重要的特征，且因此可用于與環(huán)境相互作用且保留納米結(jié)構(gòu)的任意有利的固有功能。[0188]參考圖16A，顯示未錨定的碳納米管陣列1600的圖。碳納米管陣列1600停留在生長基質(zhì)1610上。在生長基質(zhì)1610和碳納米管陣列1600之間的連接部1620是明顯的。PMMA被用作錨定材料，以形成圖16B所示的碳納米管復(fù)合材料1660。通過反轉(zhuǎn)碳納米管陣列1600，反轉(zhuǎn)的碳納米管陣列1630然后可以被浸入到主要流體層中且被主要流體層包圍。通過固化PMMA，形成碳納米管復(fù)合材料1660。[0189]錨定碳納米管陣列1630影響陣列的機械性能。碳納米管陣列1630被保持在錨定結(jié)構(gòu)1640內(nèi)。出現(xiàn)改變的機械學(xué)，部分歸因于碳納米管陣列1630的錨定，但主要是作為生產(chǎn)碳納米管復(fù)合材料1660的副產(chǎn)物。[0190]為了證明碳納米管1630被牢牢地錨定在錨定材料1640內(nèi)，進行摩擦減阻實驗。碳納米管復(fù)合材料1660被放置在以45°角沖擊碳納米管復(fù)合材料1660的5.5m/s水柱中。這個實驗被設(shè)計成在錨定的碳納米管復(fù)合材料1660上產(chǎn)生真實的壁剪切應(yīng)力，類似于對中等速度(10海里/小時)的全尺寸船所預(yù)期的壁剪切應(yīng)力。盡管真實的船只可以以高達1010的基于長度的雷諾數(shù)經(jīng)歷湍流邊界層流動，但是對于6m/s自由流速，擬合到從具有高達2.1xlO8的基于長度的雷諾數(shù)的湍流邊界層得到的測量的壁剪切應(yīng)力的冪律預(yù)測壁剪切應(yīng)力在260和440達因/cm2之間。使用用于平面停滯流的經(jīng)典的Hiemenz流解決方案，估計由5.5m/s沖擊水柱造成的壁剪切應(yīng)力為230達因/cm2。光學(xué)顯微照片連同目視觀察清楚地表明沒有碳納米管復(fù)合材料1660的區(qū)域從它們被錨定在其中的錨定結(jié)構(gòu)1640中除去。因此，即使在實際水平的壁剪切應(yīng)力下，碳納米管復(fù)合材料1660和用于生產(chǎn)其的方法顯示出在暴露到大剪切力下時將碳納米管1630保持在錨定結(jié)構(gòu)1640內(nèi)的能力。【權(quán)利要求】1.一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，包括以下行為:在錨定基質(zhì)上提供主要流體層；在選自由鋪定結(jié)構(gòu)和在其上生長納米結(jié)構(gòu)的生長基質(zhì)組成的組的初始基質(zhì)上提供多個納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)各自具有關(guān)于所述初始基質(zhì)的限定的高度和方向；以及將所述多個納米結(jié)構(gòu)引入到所述主要流體層的所需深度，使得所述納米結(jié)構(gòu)相對于所述生長基質(zhì)的所述方向基本上被保持；其中所述主要流體層包括多重流體層；且其中所述多重流體層中的一些被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，所述錨定結(jié)構(gòu)的一部分能夠被除去，留下允許暴露所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分的錨定結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中所述流體層被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，所述錨定結(jié)構(gòu)的一部分能夠被除去，允許通過所述錨定結(jié)構(gòu)的兩側(cè)暴露至少若干納米結(jié)構(gòu)。3.如權(quán)利要求2所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，還包括以下行為:改變所述流體層以形成錨定結(jié)構(gòu)，從而將所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此當所述初始基質(zhì)為生長基質(zhì)時，所述生長基質(zhì)能夠被除去，留下固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。4.如權(quán)利要求3所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，還包括以下行為:除去所述錨定結(jié)構(gòu)的一部分，允許通過所述錨定結(jié)構(gòu)的兩側(cè)暴露至少若干納米結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求4所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中當所述初始基質(zhì)為生長基質(zhì)時，除去所述生長基質(zhì)以留下一組納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分被固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)。6.如權(quán)利要求1所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中所述生長基質(zhì)包括一組納米結(jié)構(gòu)單元，所述納米結(jié)構(gòu)各自具有關(guān)于所述生長基質(zhì)的限定的高度和方向，其中所述納米結(jié)構(gòu)延伸超出所述納米結(jié)構(gòu)單元；且其中，在將所述多個納米結(jié)構(gòu)引入到所述主要流體層中的所需深度的所述行為中，使所述納米結(jié)構(gòu)單元接觸所述主要流體層；因此，所述納米結(jié)構(gòu)延伸超出所述主要流體層約等于所述納米結(jié)構(gòu)單元的深度的深度。7.如權(quán)利要求6所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中在所述納米結(jié)構(gòu)的生長之前，選擇所述納米結(jié)構(gòu)單元的所述深度，從而提供超出所述流體層的納米結(jié)構(gòu)的不同長度。8.如權(quán)利要求1所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中所述多重流體層中的一些關(guān)于所述多重流體層中的其它一些分層，使得所述多重流體層中的一些可以獨立于所述多重流體層中的另一些被改變，以形成錨定結(jié)構(gòu)；因此，所述錨定結(jié)構(gòu)的至少一部分和所述生長基質(zhì)可以被除去，以允許暴露所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。9.如權(quán)利要求8所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，還包括以下行為:改變所述流體層以形成錨定結(jié)構(gòu)，從而將所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此當所述初始基質(zhì)為生長基質(zhì)時，所述生長基質(zhì)能夠被除去，留下固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。10.如權(quán)利要求9所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，還包括以下行為:除去所述錨定結(jié)構(gòu)的一部分，允許暴露所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。11.如權(quán)利要求10所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中當所述初始基質(zhì)為生長基質(zhì)時，除去所述生長基質(zhì)以留下一組納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分被固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)。12.如權(quán)利要求8所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中通過選自壓力、密度、粘度、不溶混性及疏水性的組的性質(zhì)，所述多重流體層關(guān)于彼此分層，且其中用于所述流體層的材料被選擇為允許選擇性地改變所述流體層中的不同的一些，以允許所述納米結(jié)構(gòu)的選定部分被錨定在所述錨定結(jié)構(gòu)的不同部分中。13.通過權(quán)利要求3所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。14.通過權(quán)利要求4所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。15.通過權(quán)利要求5所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。16.通過權(quán)利要求9所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。17.通過權(quán)利要求10所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。18.通過權(quán)利要求11所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。19.一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，包括以下行為:在錨定基質(zhì)上提供主要流體層；在生長基質(zhì)上提供多個納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)在所述生長基質(zhì)上生長，所述納米結(jié)構(gòu)各自具有關(guān)于所述生長基質(zhì)的限定的聞度和方向；以及將所述多個納米結(jié)構(gòu)引入到所述主`要流體層中的所需深度，使得所述納米結(jié)構(gòu)相對于所述生長基質(zhì)的所述方向基本上被保持；其中所述主要流體層包括多重流體層；且其中所述流體層被選擇為使得當被改變以形成錨定結(jié)構(gòu)時，所述錨定結(jié)構(gòu)的一部分能夠被除去，允許通過剩余的錨定結(jié)構(gòu)的兩側(cè)暴露所述納米結(jié)構(gòu)。20.如權(quán)利要求19所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，還包括以下行為:改變所述主要流體層以形成錨定結(jié)構(gòu)，從而將所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此所述生長基質(zhì)可以被除去，留下固定在所述基質(zhì)內(nèi)的所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分。21.如權(quán)利要求20所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，還包括以下行為:除去所述生長基質(zhì)以留下一組納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分被固定在所述錨定結(jié)構(gòu)內(nèi)。22.如權(quán)利要求19所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中所述納米結(jié)構(gòu)為碳納米管。23.如權(quán)利要求19所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中所述納米結(jié)構(gòu)以圖案布置在所述生長基質(zhì)上。24.如權(quán)利要求19所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中在所述錨定基質(zhì)上提供所述錨定結(jié)構(gòu)的所述行為是通過將所述流體層的至少一部分旋涂在所述錨定基質(zhì)上以提供基本上均勻的厚度來完成的。25.如權(quán)利要求19所述的一種用于將多個納米級結(jié)構(gòu)固定在錨定結(jié)構(gòu)中的方法，其中所述多個納米結(jié)構(gòu)由不同的材料組成。26.通過權(quán)利要求20所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。27.通過權(quán)利要求21所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。28.通過權(quán)利要求22所述的方法固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)。29.固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)，包括:多個納米結(jié)構(gòu)，所述多個納米結(jié)構(gòu)各自具有限定的高度和方向'及錨定結(jié)構(gòu)，所述錨定結(jié)構(gòu)被形成為使得所述納米結(jié)構(gòu)的至少一部分從所述錨定結(jié)構(gòu)被暴露。30.如權(quán)利要求29所述的固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)，其中從所述錨定結(jié)構(gòu)暴露的所述納米結(jié)構(gòu)中的所述部分為所述納米結(jié)構(gòu)的至少一末端。31.如權(quán)利要求30所述的固定在錨定結(jié)構(gòu)中的多個納米級結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)為碳納米管?！疚臋n編號】B82B3/00GK103717527SQ201280035116【公開日】2014年4月9日申請日期:2012年5月18日優(yōu)先權(quán)日:2011年5月18日【發(fā)明者】莫泰扎·格哈比,德萊克·林德克萊史特,以利亞·B·桑塞姆申請人:加州理工學(xué)院