[发明专利]第Ⅳ族金属或者半导体纳米线织物

摘要

本发明提供了一种制造织物的方法。该方法包括：（a）提供包含多个置于液体介质中的纳米晶体的组合物，所述纳米晶体包含选自第IV族元素的材料；（b）将所述组合物施加到多孔基底上，由此从纳米晶体移除至少一部分的液体介质；以及（c）从所述多孔基底移除纳米晶体作为自支撑物质。

主权项

A1.织物，其包含：第IV族半导体纳米线的自支撑物质。A2.权利要求A1所述的织物，其中所述织物的密度小于块体第IV族材料的密度的大约10%。A 3.权利要求A1所述的织物，其中所述织物的密度小于块体第IV族材料的密度的大约5%。A4.权利要求A1所述的织物，其中所述织物的密度小于块体第IV族材料的密度的大约1%。A5.权利要求A1所述的织物，其中所述织物的厚度为至少7微米。A6.权利要求A1所述的织物，其中所述织物的厚度小于30微米。A7.权利要求A1所述的织物，其中所述织物的厚度为大约7微米至大约30微米。A8.权利要求A1所述的织物，其中多个半导体纳米线包含Si。A9.权利要求A1所述的织物，其中多个半导体纳米线包含Ge。A10.权利要求A1所述的织物，其中所述织物基本上由第IV族半导体纳米线组成。A11.权利要求A1所述的织物，其中所述纳米线包含硅，其中所述纳米线通过SFLS方法合成，其中所述纳米线主要为结晶状的，并且其中所述纳米线的平均长度不低于100nm以及所述纳米线的平均直径不超过200nm。A12.权利要求A1所述的织物，其中所述纳米线包含具有加入浓度不低于0.01%的铜的Si。A13.权利要求A1所述的织物，其中所述织物基本上由第IV族半导体纳米线组成。A14.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含与碳纳米管混合的第IV族半导体纳米线。A15.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含与纳米纤维混 合的第Ⅳ族半导体纳米线，所述纳米纤维不包含第Ⅳ族元素。A16.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含与聚合物纤维混合的第Ⅳ族半导体纳米线。A17.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含与纤维素纤维混合的第Ⅳ族半导体纳米线。A18.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含与纺织纤维混合的第Ⅳ族半导体纳米线。A19.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含与纺织纤维混合的第Ⅳ族半导体纳米线。A20.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含已经用过渡金属掺杂的第Ⅳ族半导体纳米线，并且其中基于纳米线的总重计所述过渡金属的浓度为至少0.01wt%。A21.权利要求A20所述的织物，其中所述过渡金属是铜。A22.权利要求A1所述的织物，其中所述织物包含已经用掺杂剂掺杂的第Ⅳ族半导体纳米线，并且基于纳米线的总重计所述掺杂剂的浓度为至少0.01wt%。A23.权利要求A22所述的织物，其中所述掺杂剂是电活性的。A24.权利要求A22所述的织物，其中所述掺杂剂选自磷和硼。B1.制造织物的方法，包括：提供包含多个置于液体介质中的半导体纳米线的组合物，所述纳米线包含选自第Ⅳ族元素的材料；将所述组合物施加到多孔基底上，由此从纳米晶体除去至少一部分的液体介质；以及从所述多孔基底移除所述纳米线作为自支撑物质。B2.权利要求B1所述的方法，其中所述第Ⅳ族元素选自Si和Ge。B 3.权利要求B1所述的方法，其中所述多孔基底被图案化，并且其中向所述基底施加所述组合物将该图案的负像转移到所述物质上。B4.权利要求1所述的方法，其中所述自支撑物质是织物。B5.权利要求1所述的方法，进一步包括：向所述自支撑物质添加上浆剂。B6.权利要求B5所述的方法，其中所述上浆剂是表面上浆剂。B7.权利要求B5所述的方法，其中所述上浆剂是内上浆剂。C1.制造织物的方法，包括：提供多个种子粒子；使所述种子粒子在包含至少一种前体的超临界流体中反应，以使纳米线从所述种子粒子生长，其中所述前体和纳米线两者包含选自第Ⅳ族金属和第Ⅳ族半导体的材料；并且从所述流体中分离所述纳米线作为自支撑物质。C2.权利要求C1所述的方法，其中从所述流体中分离所纳米线包括使所述流体通过多孔基底。C3.权利要求C1所述的方法，其中所述流体进一步包含所述前体在其中可溶的溶剂，并且其中从所述流体分离纳米线包括蒸发所述溶剂。C4.权利要求C3所述的方法，其中在基底上蒸发所述溶剂，并且进一步包括从所述基底移除所述纳米线作为自支撑物质。C5.权利要求C3所述的方法，其中在基底上蒸发所述溶剂，其中所述基底包含PTFE，并且进一步包括从所述基底移除所述纳米线作为自支撑物质。C6.权利要求C3所述的方法，其中在基底上蒸发所述溶剂，并且其中所述基底是隔离衬垫。C7.权利要求C1所述的方法，其中所述流体是液体。C8.权利要求C1所述的方法，进一步包括：向所述纳米结构体中加入杂质原子以掺杂它们的组合物。C9.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线的每个具有至少为4的长宽比，其中所述长宽比定义为纳米结构体的长度与纳米结构体的宽度的比率。C10.权利要求C1所述的方法，其中所述种子粒子连续地与超临界流体混合物反应。C11.权利要求C1所述的方法，进一步包括：向所述纳米线施加表面涂层。C12.权利要求C11所述的方法，其中所述表面涂层使所述纳米线钝化。C13.权利要求C12所述的方法，其中所述表面涂层包含具有通式(R)n‑X的组合物，其中X是能够结合到所述纳米线的表面的原子或者官能团，并且其中每个R结构部分独立地为氢原子或者具有1至20个碳原子的烷基或者芳基。C14.权利要求C11所述的方法，其中所述表面涂层是聚合物。C15.权利要求C11所述的方法，其中所述涂覆的纳米线在室温和1atm压力下暴露于水中1小时之后不显示腐蚀。C16.权利要求C1所述的方法，其中将所述种子粒子置于基底上。C17.权利要求C1所述的方法，其中所述种子粒子包含金属。C18.权利要求C1所述的方法，其中所述前体选自硅烷和锗烷。C19.权利要求C1所述的方法，其中前体选自有机硅烷和有机锗烷。C20.权利要求C1所述的方法，其中所述前体含有至少一个卤素原子。C21.权利要求C12所述的方法，其中将封端剂置于所述超临界流体混合物中。C22.权利要求C11所述的方法，其中向所述纳米线施加表面涂层包括，当纳米结构体形成时使涂覆剂与所述纳米结构体反应。C23.权利要求C12所述的方法，其中向所述纳米线施加表面涂层包括在纳米线形成之后涂覆所述纳米线。C24.权利要求C23所述的方法，其中所述纳米线在反应器中生长，并且其中在所述反应器中涂覆所述纳米线。C25.权利要求C23所述的方法，其中所述纳米线在反应器中生长，并且其中在涂覆之前将所述纳米线从所述反应器中移除。C26.权利要求C25所述的方法，其中在将所述纳米线从所述反应 器中移除之后但是在它们被涂覆之前，蚀刻所述纳米线。C27.权利要求C12所述的方法，其中涂覆所述纳米线包括：使所述纳米线与配体反应；以及通过化学结合使封端剂接枝到配体层上。C28.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线的每个具有至少10nm的平均直径。C29.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线的每个具有10至大约500nm的平均直径。C30.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线是结晶状的。C31.权利要求C30所述的方法，其中所述纳米线包含Si或者Ge，并且以选自<111>、<110>和<211>方向的结晶学方向生长。C32.权利要求C11所述的方法，其中所述涂覆的纳米线在20℃和1atm下暴露于水之后，保持基本上未反应。C33.权利要求C11所述的方法，其中所述纳米线包含Si或者Ge，并且其中所述涂层包含至少一种烯烃或者硫醇配体。C34.权利要求C11所述的方法，其中所述涂层在高达至少大约75℃的温度是热稳定的。C35.权利要求C11所述的方法，其中所述涂层在高达至少大约125℃的温度是热稳定的。C36.权利要求C1所述的方法，其中所述涂层在高达至少大约150℃的温度是热稳定的。C37.权利要求C1所述的方法，进一步包括：从所述纳米线移除所述种子粒子。C38.权利要求C37所述的方法，其中所述种子粒子包含Au，并且其中所述纳米线包含Si。C39.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线包含选自Si和Ge的材料。C40.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米结构体包含Si。C41.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米结构体包含Ge。C42.权利要求C1所述的方法，其中所述种子粒子包含金属纳米晶体。C43.权利要求C1所述的方法，其中所述封端剂形成结合到所述纳米结构体的共价键。C44.权利要求C1所述的方法，其中所述种子粒子是具有键接到其上的有机配体的金属纳米晶体。C45.权利要求C1所述的方法，其中所述种子粒子是金属纳米晶体，其通过有机配体而空间稳定并且其可分散在有机溶剂中。C46.权利要求C1所述的方法，其中在所述纳米线在生长的同时，所述种子粒子分散在所述流体中。C47.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线具有化学吸附的表面涂层，其中所述表面涂层包含具有至少两个碳原子的烷基配体。C48.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米结构体在λ1处具有光学吸收εN1，其中λ1≥760nm，其中所述第Ⅳ族金属或者半导体在λ1处具有体吸收εB1，并且其中εN1＞εB1。C49.权利要求C48所述的方法，其中λ1＝760nm。C50.权利要求C48所述的方法，其中λ1＝1000nm。C51.权利要求C48所述的方法，其中λ1＝1600nm。C52.权利要求C48所述的方法，其中εN1‑εB1＞1.25。C53.权利要求C48所述的方法，其中εN1‑εB1＞1.5。C54.权利要求C48所述的方法，其中εN1‑εB1＞2。C55.权利要求C7所述的方法，其中X是烯烃基团。C56.权利要求C13所述的方法，其中X是炔基团。C57.权利要求C13所述的方法，其中X是硫醇基团。C58.权利要求C13所述的方法，其中X是胺基团。C59.权利要求C13所述的方法，其中X是膦基团。C60.权利要求C13所述的方法，其中经处理的纳米结构体可分散在水中。C61.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线包含Si和Ge的 合金。C62.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线包含在其上具有Ge涂层的Si核。C63.权利要求C1所述的方法，其中所述纳米线包含在其上具有Si涂层的Ge核。D1.织物，其包含多个结晶状的第Ⅳ族半导体纳米结构体，其中所述纳米结构体的每个具有至少为4的长宽比，其中所述长宽比定义为纳米结构体的长度与纳米结构体的宽度的比率，并且其中所述织物是自支撑物质。D2.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体具有化学吸附的表面涂层，其中所述表面涂层包含具有至少两个碳原子的烷基配体。D 3.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体在λ1处具有光学吸收εN1，其中λ1≥760nm，其中所述第Ⅳ族金属或者半导体在λ1处具有体吸收εB1，并且其中εN1＞εB1。D4.权利要求D1所述的织物，其中λ1＝760nm。D5.权利要求D1所述的织物，其中λ1＝1000nm。D6.权利要求D1所述的织物，其中λ1＝1600nm。D7.权利要求D1所述的织物，其中εN1‑εB1≥1.25。D8.权利要求D1所述的织物，其中εN1‑εB1≥1.5。D9.权利要求D1所述的织物，其中εN1‑εB1≥2。D10.权利要求D1所述的织物，其中用封端剂涂覆所述纳米结构体。D11.权利要求D10所述的织物，其中所述封端剂使所述纳米结构体钝化。D12.权利要求D1所述的织物，其中所述封端剂具有式(R)n‑X，其中X是能够结合到所述纳米结构体的表面的原子或者官能团，并且其中每个R结构部分独立地为氢或者具有1至20个碳原子的烷基或者芳基。D13.权利要求D12所述的织物，其中所述封端剂是聚合物。D14.权利要求D13所述的织物，其中所述涂覆的纳米结构体是抗氧化的。D15.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体在一端以金属种子粒子封端。D16.权利要求D15所述的织物，其中所述涂覆的纳米结构体包含：置于所述纳米结构体上的封端配体层；以及通过化学结合接枝到所述封端配体层的封端剂。D17.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体具有至少10nm的平均直径。D18.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体具有10至大约500nm的平均直径。D19.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体包含Si或者Ge，并且以选自<111>、<110>和<211>方向的结晶学方向生长。D20.权利要求D19所述的织物，其中所述处理的纳米结构体在水中抗腐蚀。D21.权利要求D12所述的织物，其中所述纳米结构体包含Si或者Ge，并且其中所述封端剂包含至少一种烯烃或者硫醇配体。D22.权利要求D12所述的织物，其中所述封端剂在所述纳米结构体的表面上形成涂层，并且其中所述涂层在高达至少大约75℃的温度是热稳定的。D23.权利要求D12所述的织物，其中所述封端剂在所述纳米结构体的表面上形成涂层，并且其中所述涂层在高达至少大约125℃的温度是热稳定的。D24.权利要求D12所述的织物，其中所述封端剂在所述纳米结构体的表面上形成涂层，并且其中所述涂层在高达至少大约150℃的温度是热稳定的。D25.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体以金属种子粒子封端，其中所述种子粒子包含Au，并且所述纳米结构体包含Si。D26.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体包含选自Si和Ge的材料。D27.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体包含Si。D28.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体包含Ge。D29.权利要求D1所述的织物，其中用封端剂涂覆所述纳米结构体，并且其中所述封端剂形成结合到所述纳米结构体的共价键。D30.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体在一端以种子粒子封端，并且其中所述种子粒子是具有键接到其上的有机配体的金属纳米晶体。D31.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体是纳米线。D32.权利要求D1所述的织物，其中所述纳米结构体是纳米棒。E1.由多个第Ⅳ族纳米结构体制造构件的方法，包括：建立纳米结构体在挥发性溶剂介质中的悬浮液；将所述悬浮液施加到隔离衬垫；移除至少一部分的所述溶剂，由此在所述隔离衬垫上形成纳米结构体物质；以及从所述隔离衬垫上移除所述纳米结构体物质作为自支撑物质。E2.权利要求E1所述的方法，其中所述自支撑物质是织物。E3.权利要求E1所述的方法，其中所述自支撑物质是纸。F1.可充电电池，其包含：阳极；阴极；以及电解质；其中所述阳极和所述阴极的至少一个包含纳米线织物，所述纳米线织物包含第Ⅳ族元素。F2.权利要求F1所述的可充电电池，其中所述阳极包含所述纳米线织物。F3.权利要求F1所述的可充电电池，其中所述可充电电池是锂离子电池。F4.权利要求F1所述的可充电电池，其中所述第Ⅳ族元素是Si。F5.权利要求F1所述的可充电电池，其中所述第Ⅳ族元素是Ge。F6.权利要求F1所述的可充电电池，其中所述可充电电池是锂离子电池，其中所述第Ⅳ族元素选自Si和Ge，并且其中所述阳极包含所述纳米线织物。F7.权利要求F1所述的可充电电池，其中所述纳米线织物包含多个纳米线。F8.权利要求F7所述的可充电电池，其中所述纳米线的每个含有壳。F9.权利要求F8所述的可充电电池，其中每个壳包含有机金属材料。F10.权利要求F8所述的可充电电池，其中所述多个纳米线是通过有机金属前体的分解而形成的，并且其中每个纳米线壳包含所述分解反应的副产物。F11.权利要求F10所述的可充电电池，其中所述副产物是聚合物。F12.权利要求F11所述的可充电电池，其中所述聚合物是聚苯基硅烷。F13.权利要求F7所述的可充电电池，其中所述多个纳米线中的每个是经掺杂的。F14.权利要求F7所述的可充电电池，其中所述多个纳米线中的每个用选自硼、磷、砷和镓的至少一种材料掺杂。G1.自支撑物质，其包含第Ⅳ族半导体的纳米线。G2.权利要求G1所述的自支撑物质，其中所述自支撑物质是纸状产品。G 3.权利要求G2所述的自支撑物质，其中所述产品是片材的形式。G4.权利要求G2所述的自支撑物质，其中所述产品是半导体的。G5.权利要求G1所述的自支撑物质，其中所述物质是多孔的。G6.权利要求G1所述的自支撑物质，其中所述物质是海绵体。G7.权利要求G1所述的自支撑物质，其中所述物质被药物组合物浸渍。G8.权利要求G7所述的自支撑物质，其中所述物质以时间释放方式将所述药物组合物释放入患者的体内。G9.权利要求G7所述的自支撑物质，其中所述物质将所述药物组合物释放入患者的体内，所述患者以时间释放的方式摄取所述物质。G10.光伏电池，其包含权利要求G1所述的自支撑物质。G11.热管理器件，其包含权利要求G1所述的自支撑物质。G12.催化剂支架，其包含权利要求G1所述的自支撑物质。G13.用于细胞生长的支架，包含权利要求G1所述的自支撑物质。G14.耐水性膜，其包含权利要求G1所述的自支撑物质。G15.权利要求G14所述的耐水性膜，其中所述膜是可透气的。