Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку (варианты)

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА ПОДЛОЖКУ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чижик Сергей Антонович Худолей Андрей Леонидович Абетковская Светлана Олеговна Дрозд Елизавета Сергеевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку, при котором готовят коллоидный раствор углеродных нанотрубок, осуществляют его подачу к поверхности подложки с помощью капиллярных сил с образованием капли раствора силами поверхностного натяжения, позиционируют каплю относительно поверхности подложки путем перемещения капли сканирующим зондовым микроскопом, наносят раствор углеродных нанотрубок на подложку посредством касания капли и подложки и удаляют с подложки все компоненты коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок. 2. Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку по п. 1, отличающийся тем, что при нанесении раствора углеродных нанотрубок на подложку дополнительно пропускают электрический ток через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку. 3. Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку, при котором готовят коллоидный раствор углеродных нанотрубок, осуществляют его подачу к поверхности подложки с помощью капиллярных сил с образованием капли раствора силами поверхностного натяжения, позиционируют каплю относительно поверхности подложки путем перемещения капли сканирующим зондовым микроскопом, наносят раствор углеродных нанотрубок на подложку посредством погружения подложки в каплю и ее вращения и удаляют с подложки все компоненты коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок. 4. Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку по п. 3, отличающийся тем, что при нанесении раствора углеродных нанотрубок на подложку дополнительно пропускают электрический ток через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку. 15332 1 2012.02.28 Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к способу нанесения углеродных нанотрубок на подложку, и может быть использовано для изготовления зондов сканирующих зондовых микроскопов, создания чувствительных элементов измерительной техники и электронного оборудования, а также для соединения микро- и нанообъектов, в том числе и биологических. Известен способ эпитаксиального выращивания углеродной нанотрубки на острие подложки 1, например, для изготовления зонда сканирующего зондового микроскопа. При этом осуществляют осаждение углерода из парогазовой и/или газовой смеси на острие подложки и постепенно формируют (выращивают) углеродную нанотрубку, а также используют, по меньшей мере, один металлический растворитель. Способ имеет ряд недостатков, связанных с ограничением материалов, на которых может быть выращена углеродная нанотрубка, и неизбежным термическим влиянием на материал подложки при формировании острия по механизму пар-жидкость-кристалл. Также известен способ закрепления углеродной нанотрубки на подложке для получения кантилевера вертикального сканирующего микроскопа 2. Согласно этому способу, к подложке присоединяют уже готовую углеродную нанотрубку, для чего в материале подложки выполняют отверстие или направляющий паз, посредством точного позиционирования один из концов углеродной нанотрубки вставляют в отверстие или направляющий паз и соединяют углеродную нанотрубку с подложкой путем воздействия пучком электронов. Способ обладает высокой точностью позиционирования углеродной нанотрубки на подложке. Однако на практике это требует большого количества точного оборудования для выполнения очень малого отверстия или направляющего паза в материале подложки и для манипулирования единичной углеродной нанотрубкой и фокусировки пучка электронов в зону соединения углеродной нанотрубки с подложкой. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности, выбранным в качестве прототипа является способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку 3,согласно которому приготавливают коллоидный раствор углеродных нанотрубок, включающий поверхностно-активное вещество в количестве, обеспечивающем стабилизацию коллоидного состояния раствора, а также 5-60 об.глицерина, обеспечивающего формирование капель коллоидного раствора заданного размера. Наносят каплю коллоидного раствора углеродных нанотрубок в заданную точку поверхности подложки с позиционированием при помощи механизмов струйного принтера или системы подачи компактдисков. Удаление всех компонентов коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок,осуществляют испарением и/или отмывкой в растворителе. Основное достоинство способа заключается в высокой производительности процесса нанесения углеродных нанотрубок на подложку. Однако существенным недостатком способа является недостаточная точность нанесения коллоидного раствора для микро- и наноуровня, обусловленная зазорами в механической части системы позиционирования струйного принтера или системы подачи компакт-дисков. Задачей настоящего изобретения является повышение точности нанесения углеродных нанотрубок на поверхность подложки. Задача решается следующим образом. Известный способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку включает приготовление коллоидного раствора углеродных нанотрубок, подачу коллоидного раствора к поверхности подложки с образованием капли раствора, нанесение капли посредством позиционирования, удаление с подложки всех компонентов коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок. Согласно изобретению по варианту 1, осуществляют подачу коллоидного раствора углеродных нанотрубок к поверхности подложки с помощью капиллярных сил с образованием капли раствора силами поверхностного натяжения, позиционируют каплю относительно поверхности подложки путем перемещения капли сканирующим зондовым микроскопом, наносят раствор углеродных нанотрубок на подложку посредством касания капли и подложки. 2 15332 1 2012.02.28 Кроме того, при нанесении раствора углеродных нанотрубок на подложку дополнительно пропускают электрический ток через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку. Известный способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку включает приготовление коллоидного раствора углеродных нанотрубок, подачу коллоидного раствора к поверхности подложки с образованием капли раствора, нанесение капли посредством позиционирования, удаление с подложки всех компонентов коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок. Согласно изобретению по варианту 2, осуществляют подачу коллоидного раствора углеродных нанотрубок к поверхности подложки с помощью капиллярных сил с образованием капли раствора силами поверхностного натяжения,позиционируют каплю относительно поверхности подложки путем перемещения капли сканирующим зондовым микроскопом, наносят раствор углеродных нанотрубок на подложку посредством погружения подложки в каплю и ее вращения. Кроме того, при нанесении раствора углеродных нанотрубок на подложку дополнительно пропускают электрический ток через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку. Позиционирование капли коллоидного раствора углеродных нанотрубок относительно поверхности подложки путем перемещения капли сканирующим зондовым микроскопом обеспечивает повышение точности нанесения раствора углеродных нанотрубок на подложку за счет использования высокоточного сканера сканирующего зондового микроскопа по сравнению с позиционированием механизмами струйного принтера или системы подачи компакт-дисков. Нанесение раствора углеродных нанотрубок на подложку посредством касания капли и подложки обеспечивает точный перенос части материала капли коллоидного раствора углеродных нанотрубок на поверхность подложки за счет капиллярных сил и сил поверхностного натяжения. Нанесение раствора углеродных нанотрубок на подложку посредством погружения подложки в каплю и ее вращения позволяет наносить большее количество углеродных нанотрубок на подложку за счет обеспечения контакта поверхности подложки с большим количеством объема коллоидного раствора углеродных нанотрубок, чем при касании капли и подложки. Пропускание электрического тока через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку дополнительно активирует процесс нанесения углеродных нанотрубок. На фиг. 1 показано изображение кремниевого кантилевера 11 ( , Эстония) сканирующего зондового микроскопа с нанесенными по варианту 1 углеродными нанотрубками на острие кантилевера. Изображение получено сканирующей электронной микроскопией. На фиг. 2 показано увеличенное изображение острия кремниевого кантилевера 11( , Эстония) сканирующего зондового микроскопа после нанесения по варианту 1 углеродных нанотрубок, где показано, что новым острием кантилевера является углеродная нанотрубка. Изображение получено сканирующей электронной микроскопией. На фиг. 3 показано изображение острия кремниевого кантилевера 11 (, Эстония) сканирующего зондового микроскопа с нанесенным по варианту 2 пучком из углеродных нанотрубок на острие кантилевера. Изображение получено сканирующей электронной микроскопией. На фиг. 4 показано увеличенное изображение пучка из углеродных нанотрубок, нанесенных по варианту 2 на острие кантилевера 11 ( , Эстония). Изображение получено сканирующей электронной микроскопией. Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку по варианту 1 осуществляют следующим образом. Первоначально приготавливают коллоидный раствор углеродных нанотрубок, который содержит неионный детергент 58 и требуемое количество угле 3 15332 1 2012.02.28 родных нанотрубок, полученных электродуговым синтезом. Для этого проводят смешивание всех составляющих раствора и добиваются его коллоидного состояния в ультразвуковой ванне 100 ( , Германия). Затем подают коллоидный раствор углеродных нанотрубок к поверхности подложки с помощью капиллярных сил с образованием капли раствора силами поверхностного натяжения, для чего используют в примере осуществления предлагаемого способа трековую полимерную мембрану со сквозным отверстием (капилляром) 1 мкм. При этом коллоидный раствор углеродных нанотрубок поднимается по высоте отверстия в мембране и образует на поверхности мембраны каплю. Размер капли раствора зависит от диаметра отверстия в мембране и материала мембраны. Далее осуществляют позиционирование капли коллоидного раствора углеродных нанотрубок, образованной на поверхности мембраны, относительно подложки путем перемещения мембраны с каплей сканером сканирующего зондового микроскопа,например атомно-силовым микроскопом НТ-206 (ОДО Микротестмашины, Беларусь). После этого наносят раствор углеродных нанотрубок на подложку посредством касания капли и подложки - острия кантилевера 11 сканирующего зондового микроскопа. Это осуществляют путем поднятия мембраны с каплей в вертикальном направлении к подложке сканером сканирующего зондового микроскопа. Удаляют все компоненты коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок, путем испарения нанесенного раствора в воздушной атмосфере. Кроме того, чтобы активировать процесс нанесения углеродных нанотрубок, пропускают постоянный электрический ток с напряжением 1 В через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку. Для этого подложка обладает токопроводящими свойствами, например имеет металлическое покрытие и является катодом. В результате обеспечивается нанесение углеродных нанотрубок на поверхность подложки - острие кантилевера 11 сканирующего зондового микроскопа. Способ нанесения углеродных нанотрубок на подложку по варианту 2 осуществляют следующим образом. Первоначально приготавливают коллоидный раствор углеродных нанотрубок, который содержит неионный детергент 58 и требуемое количество углеродных нанотрубок, полученных электродуговым синтезом. Для этого проводят смешивание всех составляющих раствора и добиваются его коллоидного состояния в ультразвуковой ванне 100 ( , Германия). Затем подают коллоидный раствор углеродных нанотрубок к поверхности подложки с помощью капиллярных сил с образованием капли раствора силами поверхностного натяжения, для чего используют в примере осуществления предлагаемого способа трековую полимерную мембрану со сквозным отверстием (капилляром) 1 мкм. При этом коллоидный раствор углеродных нанотрубок поднимается по высоте отверстия в мембране и образует на поверхности мембраны каплю. Размер капли раствора зависит от диаметра отверстия в мембране и материала мембраны. Далее осуществляют позиционирование капли коллоидного раствора углеродных нанотрубок, образованной на поверхности мембраны, относительно подложки путем перемещения мембраны с каплей сканером сканирующего зондового микроскопа, в нашем случае - атомно-силовым микроскопом НТ-206 (ОДО Микротестмашины, Беларусь). После этого наносят раствор углеродных нанотрубок на подложку путем погружения подложки (острия кантилевера 11 сканирующего зондового микроскопа) в каплю и ее вращения. Причем и погружение подложки, и вращение мембраны с каплей осуществляют сканером сканирующего зондового микроскопа. Удаляют все компоненты коллоидного раствора, кроме углеродных нанотрубок, путем испарения нанесенного раствора в воздушной атмосфере. Дополнительно для активирования процесса нанесения углеродных нанотрубок пропускают постоянный электрический ток с напряжением 1 В через коллоидный раствор углеродных нанотрубок и подложку. 15332 1 2012.02.28 Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность нанесения раствора углеродных нанотрубок на подложку за счет повышения точности позиционирования капли и подложки. Источники информации 1. Заявка на изобретение РФ 2001135713, МПК 01 1/00, 2003. 2. Заявка на европейский патент 1 278 055 1, МПК 01 13/16,12 21/08,2002. 3. Патент РФ 2342316, МПК 82 3/00,32 9/00, 2008 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6