КОНСТРУКЦИИ, ВКЛЮЧАЮЩИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ С ВЫСОКИМ АСПЕКТНЫМ СООТНОШЕНИЕМ, И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК B82B3/00 C01B31/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к технологии нанесения пленок. Конкретно данное изобретение относится к пленочным конструкциям, включающим молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Углеродные нанотрубки (УНТ) обладают уникальными электрическими, оптическими, термическими и механическими свойствами, которые делают их перспективным материалом для многих применений. Проблема, связанная с использованием углеродных нанотрубок в этих применениях, заключается в том, что изготовление и обработка отдельно существующих (автономных) пленок, включающих углеродные нанотрубки или другие молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), такие как углеродные нанопочки (молекулы, имеющие молекулу фуллерена, ковалентно связанную с боковой стороной углеродной нанотрубки), целлюлозные волокна, нанопровода, наностержни и т.д., сложны с использованием способов существующего уровня техники. Автономные пленки из молекулярных структур с высоким аспектным соотношением нуждаются в применении различных электрических и механических устройств, чтобы снизить вредное воздействие на работу устройства, вызванное сплошной подложкой, поверх которой нанесена пленка (или сеть) из ВАСМ-структур.

Известным способом изготовления автономных пленок, включающих углеродные нанотрубки, является вертикальное выращивание УНТ на подложке в виде «леса» с последующим снятием пленки из нанотрубок с поверхности так, что индивидуальные УНТ контактируют друг с другом, образуя механически прочный, автономный лист из нанотрубок, называемый бумагой повышенной упругости (buckypaper). Пример этого способа описан в научной публикации «Carbon, т.45 (2007), с. 2880-2888». Другую технологию изготовления листов бумаги повышенной упругости часто упоминают как «формирование посредством толкания домино»; в этом способе очень тонкую микропористую мембрану помещают поверх матрицы УНТ, а затем по образцу медленно перемещают с усилием стальной цилиндр. При этом все УНТ толкают в одном направлении и разглаживают их между мембраной и кремниевой подложкой. Затем мембрану и бумагу повышенной упругости снимают с кремниевой подложки и мембрану удаляют, в результате чего получают в высокой степени упорядоченный, автономный лист бумаги повышенной упругости (Nanotechnology, 19 (2008) 075609, pp. 1-6).

Недостатком автономного листа бумаги повышенной упругости является то, что молекулы нанотрубок в листе ориентированы в одном направлении, что ограничивает возможности использования материала бумаги повышенной упругости для различных электронных устройств или для других применений. Кроме того, из-за механизма формирования бумаги повышенной упругости из нанотрубок посредством толкания или вытягивания домино проблематично синтезировать очень тонкие, очень прозрачные и однородные слои из бумаги повышенной упругости с помощью известных способов синтеза. Более того, изготовление автономного листа бумаги повышенной упругости из одностенных углеродных нанотрубок все еще является трудновыполнимой задачей.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью данного изобретения является устранение вышеупомянутых технических проблем существующего уровня техники путем обеспечения новых типов конструкций, включающих молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением, а также способов изготовления таких конструкций.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Продукт по данному изобретению отличается тем, что представлено в независимом п.1 формулы изобретения.

Способ по данному изобретению отличается тем, что представлено в независимом п.4 формулы изобретения.

Применение по данному изобретению отличается тем, что представлено в п.10 формулы изобретения.

Конструкция по данному изобретению включает молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), где конструкция включает по существу плоскую сеть ВАСМ-структур и подложку, находящуюся в контакте с этой сетью. Подложка имеет отверстие, по периферийной области которого сеть контактирует с подложкой так, что средняя часть сети является незакрепленной на подложке. Указанная сеть содержит по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры.

Способ изготовления конструкции, включающей молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), по данному изобретению включает стадии:

- изготовления по существу плоской сети из ВАСМ-структур на подготовительной подложке путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку;

- приведения сети на подготовительной подложке в непосредственную близость с подложкой, имеющей отверстие;

- перенесения сети на подложку так, что сеть контактирует с подложкой в периферийной области имеющегося в подложке отверстия, а средняя часть сети является незакрепленной на подложке; и

- удаления подготовительной подложки с сети.

Способ изготовления конструкции, содержащей молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), по данному изобретению включает стадии:

- изготовления по существу плоской сети по существу случайным образом ориентированных ВАСМ-структур на подготовительной подложке путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку;

- приведения сети на подготовительной подложке в непосредственную близость с подложкой, имеющей отверстие;

- переноса сети на подложку так, что сеть контактирует с подложкой по периферийной области отверстия в подложке, а средняя часть сети является незакрепленной на подложке; и

- удаления подготовительной подложки с сети.

Конструкции по данному изобретению используют в устройстве, выбранном из группы оптических элементов в лазерах, формирователей световых импульсов, аудио-громкоговорителей, фильтров для аэрозольных частиц, газовых фильтров, датчиков давления, датчиков потока, датчиков частиц, газовых датчиков, электромагнитных приемников и антенн.

В лазере или в формирователе световых импульсов конструкция по данному изобретению может устранять негативное воздействие, оказываемое подложкой на работу устройства. Такое негативное воздействие может представлять собой, например, оптическое поглощение или отражение от поверхностей раздела подложки. Эта конструкция также устраняет ограничения по переносу тепла, которые может вызывать подложка, а эти ограничения могут ухудшать поведение ВАСМ-сети, например, в поглотителе с насыщением в оптическом устройстве.

В применениях для механической фильтрации, например в фильтрах для частиц или газовых фильтрах, конструкция по данному изобретению обеспечивает преимущество в отношении хорошей функциональности. Сетку фильтра, то есть сеть ВАСМ-структур, можно функционализировать в ходе процесса ее синтеза, чтобы ввести в молекулы с высоким аспектным соотношением функциональные, например антибактериальные, группы. Сетку фильтра также легко можно нагреть, например, резистивно, чтобы очистить и/или стерилизовать сетку после процесса фильтрации. В громкоговорителе конструкция по данному изобретению позволяет получить быстрое время отклика и, таким образом, работу в широком диапазоне частот в результате улучшенного рассеяния тепла.

При использовании в датчиках сеть ВАСМ-структур в конструкции по данному изобретению в качестве чувствительной части датчика обеспечивает быстрое достижение чувствительной поверхности, большую площадь чувствительной поверхности и хорошую чувствительность.

Конструкция и способ по данному изобретению неожиданно обеспечивают сеть из ВАСМ-структур, у которой боковые стороны по существу плоской сети нанесены на подложку, в то время как средняя часть сети не нанесена на подложку (то есть является автономной). Таким образом, ВАСМ-сеть (сеть из ВАСМ-структур) в конструкции можно рассматривать, как «полуавтономную».

«Полуавтономная» сеть и связанный с ней способ изготовления обеспечивают несколько преимуществ. «Полуавтономной» сетью можно легко манипулировать и/или хранить ее на подложке. Способ изготовления и «полуавтономная» конструкция пригодны для создания очень тонких и очень прозрачных сетей из материала, содержащего ВАСМ-структуры. «Полуавтономная» сеть позволяет также легко вводить эту сеть в конструкции различных устройств. Изготовление конструкции по данному изобретению можно осуществить, только в качестве примера, путем соответствующего выбора подложки и подготовительной подложки так, чтобы поверхностная энергия подложки была выше, чем поверхностная энергия подготовительной подложки. Это можно использовать для того, чтобы в результате получить суммарную силу притяжения сети с подготовительной подложки к подложке.

В одном из воплощений данного изобретения сеть включает по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры. Способ по данному изобретению позволяет осуществить изготовление «полуавтономных» сетей ВАСМ-структур, в которых индивидуальные молекулы с высоким аспектным соотношением, например УНТ или даже одностенные УНТ, могут быть ориентированы случайным образом. Это отличается, например, от бумаги повышенной упругости (buckypaper), в которой УНТ ориентированы по существу в одном направлении. Случайная ориентация отдельных молекул дает много преимущественных эффектов, например, в отношении свойств сети ВАСМ-структур. Эти эффекты включают, не ограничиваясь этим, высокую электрическую и термическую проводимость, изотропную электрическую и термическую проводимость, хорошую механическую стабильность и износостойкость, высокую однородность по толщине и пористости, большую площадь поверхности и химическую реакционноспособность, хорошую изотропию в отношении однородности, термических, электрических, оптических свойств и механики текучих сред, а также хороший контроль над вышеупомянутыми свойствами.

В одном из примеров воплощения данного изобретения подложка представляет собой по существу плоскую пластину, отверстие в которой представляет собой полость в средней части пластины. Эта форма подложки пригодна для простого переноса ВАСМ-сети с подготовительной подложки на подложку. Кроме того, подложки такой формы просто изготовить, например, удаляя часть из середины тонкой пластины из полимера или стекла.

В другом примере воплощения данного изобретения сеть включает по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры, выбранные из группы молекул углеродных нанотрубок и молекул углеродных нанопочек. Например, благодаря высокой механической прочности УНТ хорошо подходят для изготовления «полуавтономной» сети по данному изобретению. Сеть из УНТ также обладает многими важными свойствами, которые делают сеть из УНТ особенно пригодной для применений в области, например, технологии изготовления, электроники, оптики, фильтрации и очистки, акустики, технологии материалов и даже в биотехнологии. Эти свойства включают высокое аспектное соотношение, малый диаметр, высокую механическую прочность, а также высокую тепловую и электрическую проводимость.

В одном из примеров воплощения данного изобретения стадия приведения нанесенной на подготовительную подложку сети в непосредственную близость с подложкой, имеющей отверстие, включает нанесение сети на подготовительную подложку, находящуюся в непосредственной близости к подложке.

В одном из воплощений данного изобретения способ по данному изобретению включает стадию помещения нанесенной на подложку сети в поток газа так, чтобы газ протекал через сеть и через отверстие в подложке, для осуществления модификации сети. Частично (или полу) автономная конструкция по данному изобретению хорошо поддается газофазной обработке и модификации, поскольку нанесенную на подложку сеть можно поместить в поток газа, и используемый для обработки газ можно легко пропускать через сеть и через отверстие в подложке.

В другом примере воплощения данного изобретения способ по данному изобретению включает стадию помещения жидкости на нанесенную на подложку сеть так, чтобы жидкость впитывалась и покрывала сеть. Это можно использовать, например, для модификации или повышения механических, оптических, термических или электрических свойств сети.

В другом примере воплощения данного изобретения жидкость представляет собой растворитель с растворенным в нем веществом.

В еще одном примере воплощения данного изобретения способ по данному изобретению включает стадии:

- приведения находящейся на подложке сети в контакт с третичной подложкой, при этом поверхностная энергия третичной подложки меньше, чем поверхностная энергия подготовительной подложки, и

- перенос сети с подложки на третичную подложку.

Примеры воплощения данного изобретения, описанные выше по тексту данного описания, можно использовать в любых комбинациях друг с другом. Несколько примеров воплощения можно объединять друг с другом с получением дополнительного примера воплощения данного изобретения. Продукт, способ или применение, с которым связано данное изобретение, может включать по меньшей мере один из примеров воплощения данного изобретения, описанных выше по тексту данного описания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее данное изобретение будет описано более подробно, с примерами воплощения, со ссылками на сопровождающие чертежи, в которых:

Фиг.1а представляет собой первый чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.1b представляет собой второй чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.1с представляет собой третий чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.1d представляет собой четвертый чертеж в серии чертежей 1a-1d, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.2а представляет собой первый чертеж в серии Фиг.2а-2с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.2b представляет собой второй чертеж в серии Фиг.2а-2с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.2с представляет собой третий чертеж в серии Фиг.2а-2с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения.

Фиг.3а представляет собой первый чертеж в серии Фиг.3а-3с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения,

Фиг.3b представляет собой второй чертеж в серии Фиг.3а-3с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения,

Фиг.3с представляет собой третий чертеж в серии Фиг.3а-3с, схематически иллюстрирующих изготовление продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения, и

Фиг.4 представляет собой технологическую схему, представляющую способ по одному из примеров воплощения данного изобретения,

Фиг.5 демонстрирует громкоговоритель, изготовленный из автономной пленки УНТ.

Для упрощения в случае повторяющихся компонентов одинаковые номера будут сохранены и в последующих примерах воплощения изобретения.

Фиг.1а-1d представляют собой серию чертежей, схематически иллюстрирующих способ изготовления продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения. На каждом из чертежей в левой стороне схематически изображен вид конструкции в сечении в направлении, перпендикулярном поверхности плоской подготовительной подложки 1. Схематическое изображение в правой части каждого чертежа представляет собой вид конструкции сверху. Иллюстрация блок-схемы технологического процесса соответствующего способа представлена на Фиг.4.

На Фиг.1а и 1b сеть 2 по существу случайным образом ориентированных УНТ (в этом и последующих примерах воплощения данного изобретения можно также рассматривать сеть 2, содержащую ВАСМ-структуры, отличные от УНТ) нанесена на подготовительную подложку 1 (стадия S1 на Фиг.4). На Фиг.1с плоскую подложку 3 в виде пластинки с круглым отверстием (полостью) 5 в середине помещают в непосредственной близости с УНТ-сетью 2 и прижимают к ней (стадии S2 и S3 на Фиг.4). Периферийная область 4 сети 2 (или отверстия 5) приходит в контакт с подложкой 3 (или с сетью 2), и сеть 2 покрывает отверстие 5 в подложке 3 в виде пластинки. Наконец, на Фиг.1d, подготовительную подложку 1 удаляют из контакта с УНТ-сетью 2 (стадия S4 на Фиг.4). Эта стадия возможна за счет более сильной адгезии сети 2 к подложке 3, чем к подготовительной подложке 1, что является результатом более высокой поверхностной энергии подложки 3 по сравнению с подготовительной подложкой 1. Разница поверхностных энергий подготовительной подложки 1 и подложки 3 позволяет легко удалить подготовительную подложку 1 со структуры, не рискуя разорвать сеть 2. Для перемещения сети 2 с подготовительной подложки 1 на подложку 3 можно также использовать силу притяжения, вызываемую, например, электростатической силой, центробежной силой, адгезионными силами или применением адгезивов.

Фиг.2а-2с представляют собой серию чертежей, схематически иллюстрирующих способ изготовления продукта по одному из примеров воплощения данного изобретения. Схема в левой части каждого чертежа представляет собой вид в сечении конструкции в направлении, перпендикулярном к поверхности плоской подготовительной подложки 1. Схема в правой части каждого из чертежей представляет собой вид конструкции сверху.

На Фиг.2а и 2b сеть 2 из по существу случайным образом ориентированных УНТ наносят на подготовительную подложку 1, которая в этом примере воплощения перед нанесением расположена вблизи или в контакте с подложкой 3. Сеть 2 наносят на подготовительную подложку 1 и в отверстие 5 подложки 3. Это можно осуществить с помощью способа селективного нанесения, или же формируя рисунок сети 2 после нанесения с применением обычных технологий структурирования. Селективное нанесение сети 2 можно осуществить, например, путем соответствующего выбора материалов подложки 3 и подготовительной подложки 1. Подготовительная подложка 1 может представлять собой, например, пористый материал, который позволяет газам протекать через него, в то время как подложка 3 может быть сплошным непористым материалом. Затем можно селективно нанести в отверстии 5 сеть 2, содержащую УНТ, из газовой фазы, направляя газовый поток, содержащий УНТ, через пористую подготовительную подложку 1, в то время как нанесения УНТ на непористую подложку не происходит, поскольку молекулы УНТ только протекают мимо подложки. В этом примере воплощения периферийная область 4 сети 2 (или отверстия 5) приходит в контакт с подложкой 3 (или с сетью 2), и сеть 2 прилипает к вертикальным боковым стенкам, образующим периферийную область 4 (см. Фиг.2b и 2с) отверстия 5.

Следовательно, сеть 2 покрывает отверстие 5 в подложке 3. Для получения полуавтономной сети 2, фиг.2с, подготовительную подложку 1 можно в конце процесса легко удалить со структуры. Сделать это позволяет более сильная адгезия сети 2 к подложке 3, чем к подготовительной подложке 1, что является результатом более высокой поверхностной энергии подложки 3 по сравнению с подготовительной подложкой 1.

Частично (полу) автономную пленку можно затем модифицировать, например, путем уплотнения ее этанолом в виде жидкости или пара. Полуавтономную пленку можно также функционализировать путем химической обработки, например азотной кислотой, в виде жидкости или пара, или нанесением на сеть 2 частиц, например наночастиц, или нанесением на сеть 2 пленок такими способами, как химическое осаждение из газовой фазы, осаждение атомных слоев или напыление. Модификацию можно осуществить, например, помещением сети 2 на подложке 3 в поток газа с последующим пропусканием применяемых для обработки газов через сеть 2 и через отверстие 5 в подложке 3.

Вышеупомянутую модификацию (обработку) можно использовать, например, для изменения эффективности абсорбции, прозрачности, отражательной способности, тепло- или электропроводности, механической прочности, гибкости или эластичности, или химической активности сети 2. После проведения соответствующей обработки полуавтономную пленку можно использовать, например, в качестве оптического элемента в лазере или формирователе световых импульсов; автономного термического аудио-громкоговорителя, фильтра для аэрозольных частиц или газов, датчиков давления, потока, частиц или газов, или в качестве приемника или антенны.

Кроме того, полуавтономную структуру пленки можно использовать для создания покрытия на третичной подложке 6, на поверхность которой трудно нанести покрытие непосредственно. Эти поверхности могут представлять собой поверхности, например, с низкой поверхностной энергией (например, ниже, чем у подготовительной подложки 1) или же с грубой морфологией поверхности. Нанесение покрытия на эти поверхности можно осуществить, получая сначала полуавтономную структуру, с последующим помещением сети 2 в непосредственной близости с третичной подложкой 6 так, чтобы пленка была притянута к третичной подложке 6.

На практике сеть 2 можно перенести на третичную подложку 6, обладающую низкой поверхностной энергией, например, путем напрессовывания сети 2 на подложку 3, расположенную напротив третичной подложки 6, и вырезания автономной области сети 2, расположенной над отверстием 5 подложки 3. Вышеупомянутая технология нанесения на третичную подложку 6 схематически проиллюстрирована серией чертежей Фиг.3а-3с. Фиг.3а и Фиг.3b схематически иллюстрируют поперечное сечение слоистой конструкции в ходе процесса, а Фиг.3с представляет собой вид сверху конечного продукта этого процесса. Фиг.3b представляет, как сеть 2 вырезают перед переносом сети 2 на третичную подложку 6. Вырезание сети легко можно осуществить через отверстие 5 в подложке 3. Одну или более областей сети 2 после перенесения можно оставить на подложке 3.

Частично (полу) автономная конструкция хорошо подходит для газофазной обработки и модификации, поскольку сеть 2 на подложке 3 можно поместить в поток газа, и применяемые для обработки газы легко можно направить через сеть 2 и через отверстие 5 в подложке 3. Такой способ можно использовать, например, для осаждения вторичного материала на сеть 2 или в нее посредством, например, формирования гетерогенных зародышей (конденсации) или механической фильтрации. Этот вид технологии можно также применять, например, для изготовления композиционных сетей 2, содержащих, например, наночастицы и ВАСМ-структуры. В этом случае наночастицы можно фильтровать из газов, пропускаемых через сеть 2. Наночастицы в сети 2 могут служить, например, для увеличения проводимости сети 2. Для дополнительной модификации композиционной сети 2 можно использовать резистивное нагревание.

Пример 1

Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) были синтезированы в реакторе с ламинарным потоком аэрозоля (плавающим катализатором) с использованием моноксида углерода и ферроцена в качестве источника углерода и предшественника катализатора, соответственно. Затем материалы ОУНТ были отобраны непосредственно из газовой фазы ниже реактора по ходу технологического потока путем фильтрования через дисковый фильтр из нитроцеллюлозы (или серебра) диаметром 2,45 см (Millipore Corp., США). В последующих примерах фильтр играет роль подготовительной подложки 1, хотя, согласно данному изобретению, возможны и другие средства получения сети 2 волокнистого материала на подготовительной подложке 1. Подробности способа синтеза ОУНТ можно найти, например, в публикации патентной заявки WO 2005/085130, которая включена в текст настоящего описания посредством ссылки.

Как было измерено, температура нанесения на поверхность фильтра (подготовительной подложки 1) составляла 45°С. Толщину слоя сети 2 ОУНТ регулировали с помощью времени осаждения, которое можно было изменять от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от желаемой толщины сети. Отложения, собранные на фильтрах 1, представляли собой сети 2 ОУНТ со случайной ориентацией.

Впоследствии применяли физическое давление для переноса сети 2 на подложку 3. Давление можно получить, например, путем приложения усилия к двум параллельным пластинам, в то время как подготовительная подложка 1, содержащая сеть 2, и подложка 3 помещены между этими параллельными пластинами. Подготовительную подложку 1 устанавливали так, чтобы при зажатии сети 2 между подготовительной подложкой 1 и подложкой 3 периферийная область 4 сети 2 (или отверстия 5) контактировала с подложкой 3 (или с сетью 2), а средняя часть сети 2 покрывала отверстие 5 в подложке 3.

Сети 2 ОУНТ переносили на подложки 3 из пленки полиэтилентерефталата (ПЭТ) (DuPont Teijin), имеющие отверстие 5 в средней части пленки. Этот материал был выбран ввиду его подходящей гибкости и поверхностной энергии.

Для переноса ОУНТ-сети 2 на подложки 3 из пленки ПЭТ и объединения с ними, ВАСМ-структуры (в данном случае, УНТ) сначала наносили на подготовительную подложку 1. После прессования подготовительную подложку 1 удаляли с УНТ-сети 2.

При дальнейшей обработке и в соответствии с другим примером воплощения данного изобретения сеть 2 УНТ можно уплотнить или на подготовительной подложке 1, или на подложке 3, с помощью интеркалирующего материала, например этанола.

В вышеупомянутом примере фильтр играл роль подготовительной подложки 1, пленка ПЭТ играла роль подложки 3, а для переноса сети 2 с подготовительной подложки 1 на периферийную область 4 подложки 3 над отверстием 5 подложки 3 использовали различие в адгезионной силе Ван-дер-Ваальса (и в поверхностной энергии). Для модификации сети 2 ОУНТ применяли уплотнение этанолом.

Подложку 3 из пленки ПЭТ, имеющую отверстие 3 в средней части пленки, помещали на плоскую поверхность. Затем подготовительную подложку 1, покрытую сетью 2 УНТ, помещали в непосредственной близости к подложке 3 из пленки ПЭТ и прилагали усилие, чтобы напрессовать сеть 2 на ПЭТ подложку по периферийной области 4 сети 2 (или отверстия 5), в течение примерно 5-10 с. После удаления подготовительной подложки 1 с сети 2 неожиданно обнаружили, что сеть 2 УНТ прочно закреплена над отверстием 5 подложки 3 из пленки ПЭТ, в виде полуавтономной пленки.

Пример 2

Громкоговоритель

Пленку из случайным образом ориентированных автономных УНТ перенесли на отверстие (Фиг.5) в ПЭТ подложке. Посредством электрических проводов 8 был присоединен источник 7 питания (разъем микрофона на компьютере) для пропускания изменяющегося тока через УНТ.

Фильтр для аэрозоля

Благодаря их высокой пористости и прочности, случайным образом ориентированные автономные пленки УНТ были использованы в качестве фильтров для аэрозолей. С этой целью пленка УНТ была присоединена к подложке так, чтобы она полностью закрывала отверстие. В этом случае частицы аэрозоля задерживались при прохождении потока через пленку. В зависимости от диаметра частиц и расхода эффективность и показатель качества фильтра составляли в диапазоне 99,5-99,9998% и 20-120. Эффективность оценивали следующим образом:

$$E=\frac{C_{in}-C_{out}}{C_{in}}\cdot 100\%$$

где C_in и C_out представляют собой концентрацию аэрозоля, входящего в фильтр и выходящего из него. Качество фильтров можно оценить на основе его эффективности и для заданного размера частиц и перепада давления, Δp:

$$q_F=-\frac{1n\left(1-E\right)}{\Delta p}$$

Чем выше значение показателя качества фильтра, тем лучше фильтр.

Лампа накаливания

Автономные пленки УНТ были использованы в качестве нити в лампе накаливания. С этой целью для получения света пленку УНТ подвешивали между двух вольфрамовых проволок и резистивно нагревали до 1200-1400°С с применением или постоянного, или переменного тока. Благодаря случайной ориентации и множественных взаимных пересечений пленка оставалась целостной даже при 1400°С, а излучаемый свет оставался однородным по всей пленке.

Поглотитель с насыщением

Другую важную функциональную возможность автономных пленок ОУНТ можно проиллюстрировать в качестве компонента лазера - поглотителя с насыщением. Ключевым элементом в оптическом резонаторе волоконного лазера с синхронизованными модами является нелинейный элемент, инициирующий импульсную работу. Мы продемонстрировали применение автономной пленки ОУНТ для синхронизации мод в волоконном лазере, работающем при длинах волн 1,0, 1,6 и 2,0 мкм.

Химический датчик

Другое применение автономная пленка УНТ может найти в электроанализе в качестве материала электрода. Благодаря их уникальным свойствам, таким как высокая проводимость, площадь поверхности, электрохимическая стабильность, низкие фоновые токи и электрокаталитические свойства, УНТ можно использовать для электрохимических определений. Мы продемонстрировали превосходные сенсорные свойства электродов из автономных ОУНТ для электрохимического определения глюкозы и допамина. Пленку УНТ переносили на ПЭТ подложку с отверстием так, чтобы полностью его закрыть. Контакт с УНТ и подводящие провода были изготовлены с использованием серебряной электропроводной пасты, и они находились вне раствора. Датчик на основе пленки УНТ продемонстрировал широкий диапазон концентраций (от 0,1 до 100 мкМ) и чрезвычайно низкий предел определения (около 100 нМ).

Как это ясно для специалистов, данное изобретение не ограничено вышеописанными примерами, но примеры его воплощения могут свободно изменяться в пределах объема формулы изобретения.

Изобретение относится к технологии нанесения пленок и касается конструкций, включающих молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), и способа их изготовления. Наноуглеродная пленочная конструкция, включающая ВАСМ-структуры, где конструкция включает по существу плоскую сеть из случайным образом ориентированных ВАСМ-структур и подложку, находящуюся в контакте с сетью. Подложка имеет отверстие, причем по периферийной области указанного отверстия сеть контактирует с подложкой так, что средняя часть сети является незакрепленной на подложке. Способ включает стадии изготовления плоской сети из ВАСМ-структур на подготовительной подложке вблизи или в контакте с подложкой, имеющей отверстие, путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку и в отверстие подложки, и удаления подготовительной подложки с сети. Изобретение обеспечивает создание новых типов конструкций, включающих ВАСМ-структуры. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 пр.

1. Способ изготовления наноуглеродной пленочной конструкции, включающей молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), отличающийся тем, что способ включает стадии:
- изготовления по существу плоской сети (2) из по существу случайным образом ориентированных ВАСМ-структур на подготовительной подложке (1) вблизи или в контакте с подложкой (3), имеющей отверстие (5), путем нанесения ВАСМ-структур на подготовительную подложку (1) и в отверстие (5) подложки (3); и
- удаления подготовительной подложки (1) с сети (2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ включает стадию:
- помещения сети (2) на подложке (3) в поток газа так, чтобы газ проходил через сеть (2) и через отверстие (5) в подложке (3), для осуществления модификации сети (2).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ включает стадию:
- нанесения жидкости на сеть (2) на подложке (3) так, чтобы жидкость впитывалась и покрывала сеть (2).

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что жидкость представляет собой растворитель с растворенным в нем веществом.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что способ включает стадии:
- приведения сети (2), находящейся на подложке (3), в контакт с третичной подложкой (6), при этом поверхностная энергия третичной подложки (6) ниже, чем поверхностная энергия подготовительной подложки (1), и
- переноса сети (2) с подложки (3) на третичную подложку (6).

6. Наноуглеродная пленочная конструкция, изготовленная по способу по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что конструкция включает молекулярные структуры с высоким аспектным соотношением (ВАСМ-структуры), где конструкция включает по существу плоскую сеть (2) по существу случайным образом ориентированных ВАСМ-структур и подложку (3), находящуюся в контакте с сетью (2); при этом подложка (3) имеет отверстие (5), причем по периферийной области (4) указанного отверстия (5) сеть (2) контактирует с подложкой (3) так, что средняя часть сети (2) является незакрепленной на подложке (3).

7. Наноуглеродная пленочная конструкция по п.6, отличающаяся тем, что подложка (3) представляет собой по существу плоскую пластину, отверстие (5) в которой представляет собой полость в средней части пластины.

8. Наноуглеродная пленочная конструкция по любому из пп.6-7, отличающаяся тем, что сеть (2) включает по существу случайным образом ориентированные ВАСМ-структуры, выбранные из группы молекул углеродных нанотрубок и молекул углеродных нанопочек.

9. Применение наноуглеродной пленочной конструкции по любому из пп.6-8 в устройстве, выбранном из группы, состоящей из оптического элемента в лазере, формирователя световых импульсов, аудио-громкоговорителя, фильтра для частиц аэрозоля, газового фильтра, датчика давления, датчика потока, датчика частиц, газового сенсора, электромагнитного приемника и антенны.