[发明专利]用于纳米结构的组分的制备和涂覆的方法

说明书

本申请是于2006年6月23日提交的标题为“用于纳米结构的组分的制备和涂覆的方法”的中国专利申请号200680022817.2的分案申请。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明得到在爱达荷州EPSCoR授权EPS0132626名义下的国家科学基金的部分资助。美国政府具有本发明的某些权利。

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及纳米技术，并且更具体地，涉及表面改性的种类以及用于纳米结构组分的制备和涂覆的方法。

相关技术描述

在过去十年中，由于其在例如生物和化学传感器、光电子器件和药物释放载体的领域中的潜在应用，包括纳米管、纳米线、纳米棒和纳米弹簧的一维纳米结构吸引了相当大的关注。在实现以纳米材料的应用为基础的纳米技术的方面，首要的要求是通过可重复方法合成大量具有均匀性质的的纳米材料的能力。对于纳米粒子以及在更小的程度上对于纳米线，已经很大程度上实现了这些要求。然而，对于纳米弹簧却不能相提并论。关于碳化硼纳米弹簧的合成的第一篇出版物报道了少于10％的收率，而对于SiO₂和SiC纳米弹簧报道了类似的收率。Mcllroy D，Zhang D和Kranov Y2001 Appl.Phys.Lett.79 1540。Zhang H，Wang C和Wang L，2003 NanoLett.3 577。Zhang D，Alkhateeb A，Han H，Mahmood H and Mcllroy 2003Nano Lett.3983。因此，基于纳米弹簧的纳米技术的开发当前不可行。纳米弹簧以及纳米线所面临的另外的问题是大多数的合成方法与当前半导体集成电路技术的不兼容性。大多数的纳米弹簧方法需要超过900℃的生长温度。由于纳米弹簧经由改进的气-液-固(VLS)机理生长，从而需要使用金属催化剂，因此高的合成温度使得难以限制(confine)该催化剂，(即，发生表面迁移)。Wagner R和Ellis W 1964 Appl.Phys.Lett.4 89。McllroyD，Alkhateeb A，Zhang D，Aston D，Marcy A和Norton M G 2004 J.Phys.：Condens.Matter.16 R415。

在合成了纳米线或纳米弹簧以后，它们在从化学传感器至生物研究范围内的应用中具有潜在的用途。可以使纳米线和纳米弹簧适于具体和宽范围的应用，并且可以将其用作金属纳米粒子(NPs)的模板。当前用于制备金属NPs的技术的最普遍缺点之一是处理时间。例如，Fukuoka等使用的化学还原技术需要将基底材料在反应溶液中放置24小时。A.Fukuoka，H.Araki，J.Kimura，Y.Sakamoto，T.Higuchi，N.Sugimoto，S.lnagaki和M.lchikawa，2004.J.Mater.Chem.14，752。Boudjahem等使用的化学还原方法需要16小时来制备NPs。Boudjahem A-G.，S.Monteverdi，M.Mercy，D.Ghanbaja和M.M.Bettahar.Nickel Nanoparticles Supported onSilica of Low Surface Area：Hydrogen Chemisorption and TPD and CatalyticProperties.Catal.Lett.84，115(2002)。甚至由Zhang等报道的PVD法仍需要几乎1小时的过程时间。Zhang Y.，Q.Zhang，Y.Li，N.Wang和J.Zhu.Coating of Carbon Nanotubes with Tungsten by Physical Vapor Deposition.Solid State Commun.115，51(2000)。为了使金属NPs的制备变得经济，必须使用快速生长技术，所述生长技术可以在许多基底材料上制备具有小的尺寸和窄的粒径分布的NPs。

因此，可以理解，明显需要用于制备纳米线和纳米弹簧的可靠技术，以及用于制备金属纳米粒子的可靠、快速和有成本效益的技术。本发明提供了将在以下详细说明和附图中描述的这种优点以及其它优点。

附图简述

图1为二氧化硅(silicon oxide)纳米弹簧毡(mat)的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图2为使用不同沉积温度(a)300℃；(b)650℃；(c)1000℃的二氧化硅纳米弹簧的SEM图像，以及(d)照片(c)的放大图。