本申請(qǐng)案涉及和要求2014年4月29日提交的瑞典申請(qǐng)案第1430057-8號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及形成納米線裝置，并且尤其涉及用于制造納米線裝置的納米線的捕獲和對(duì)準(zhǔn)。

背景技術(shù)：

用于在表面上捕獲納米結(jié)構(gòu)的常規(guī)技術(shù)集中于具有低長(zhǎng)度/直徑比率的納米結(jié)構(gòu)(例如納米棒、納米粒子)的對(duì)準(zhǔn)和捕獲/沉積。然而，具有可觀的長(zhǎng)度/直徑比率的納米結(jié)構(gòu)(例如納米線)的捕獲和對(duì)準(zhǔn)更加困難。也難以對(duì)準(zhǔn)具有優(yōu)選方向的納米線。常規(guī)技術(shù)使用外部控制(例如施加電場(chǎng)、緩慢溶劑蒸發(fā)或熱退火)，其可能需要使用外部設(shè)備或高電壓以獲得納米結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)和捕獲/沉積。這些外部控制增加生產(chǎn)成本并且降低納米線裝置制造的可擴(kuò)展性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一個(gè)實(shí)施例涉及將定向納米線的組合件從液體界面轉(zhuǎn)移到表面上的方法，其包括提供第一液體和第二液體。第一和第二液體相分離成底部相、頂部相和底部相與頂部相之間的界面。所述方法還包括在第一和第二液體中提供納米線，使得大部分納米線位于界面處并且將納米線提供到襯底上，使得大部分納米線在襯底上彼此對(duì)準(zhǔn)。

附圖說明

圖1是根據(jù)實(shí)施例的用于捕獲和對(duì)準(zhǔn)納米線的組合件的方法的示意性說明。

圖2是根據(jù)實(shí)施例的官能化納米線的示意性說明。

圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)和組裝納米線的方法的示意性說明。

圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的捕獲和對(duì)準(zhǔn)納米線的組合件的方法的示意性說明。

圖5是根據(jù)實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的示意性側(cè)面截面視圖。

圖6-10是根據(jù)實(shí)施例的納米線的對(duì)準(zhǔn)組合件的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微圖。

具體實(shí)施方式

方法的一個(gè)實(shí)施例使用位于容器中的第一液體和添加到第一液體中的納米線分散液。通過將預(yù)先構(gòu)造的納米線分散于分散液體中來(lái)制備納米線分散液。也就是說，與在分散流體中現(xiàn)場(chǎng)形成納米線不同，在添加到分散流體中之前構(gòu)造納米線。在這一實(shí)施例中，選擇分散液體使得納米線分散液在第一液體中不可混溶或僅可部分混溶。以這種方式，當(dāng)納米線分散液添加到第一液體中時(shí)，第一液體和分散液相分離，產(chǎn)生兩相液體系統(tǒng)。比較稠密的液體沉降到容器底部，形成底部相，同時(shí)不太稠密的液體浮動(dòng)到第一液體的頂部，產(chǎn)生頂部相。所得兩相系統(tǒng)具有頂部相和底部相以及頂部相與底部相之間的界面。

在一個(gè)實(shí)施例中，納米線分散液中的納米線可由相同材料制成?；蛘?，納米線分散液可包括由不同材料制成的納米線。適用于本實(shí)施例和以下實(shí)施例中的納米線材料包括金屬(如金銀和其合金)、碳納米線或納米管(單壁和多壁)、半導(dǎo)體，包括III-V(包括由Al、In、Ga、N、P、As制成的二元、三元和四元III-V半導(dǎo)體，如GaAs和InP)和II-VI半導(dǎo)體(包括由Zn、Cd、Se、O、S、Te制成的二元、三元和四元II-VI半導(dǎo)體，如ZnO、CdSe)和陶瓷。納米線可按原樣使用或經(jīng)歷下文更詳細(xì)描述的一或多種表面處理。

在向第一液體中添加納米線分散液之后，接著在界面處組裝大部分納米線。通常，如果具有足夠的時(shí)間，那么納米線在界面處自發(fā)地組裝，也就是說，納米線在界面處自行對(duì)準(zhǔn)。然而，納米線可經(jīng)歷界面處促進(jìn)或加速納米線的組裝的一或多種條件。加速可以若干種方式實(shí)現(xiàn)。舉例來(lái)說，加速可通過改變頂部相的組成、底部相的組成或改變?nèi)萜鞯臏囟葋?lái)實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，兩相系統(tǒng)的頂部相比兩相系統(tǒng)的頂部相中納米線的長(zhǎng)度更厚(例如，頂部相具有如圖2-4中所示的高度H2，其大于納米線的長(zhǎng)度)。任選地，可在將納米線轉(zhuǎn)移到襯底之前從容器部分或完全移除頂部相。

在界面處形成經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的納米線的組合件之后，可將經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的納米線的組合件從容器轉(zhuǎn)移到襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底的表面官能化。官能化化合物幫助將納米線固定到襯底表面。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使襯底的官能化表面移動(dòng)跨越界面，借助于使官能化表面在界面處與納米線組合件接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。襯底可相對(duì)于液體界面垂直、水平或成某一角度地傾斜定向。

襯底表面可通過包括特異性官能團(tuán)的官能性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)或物理吸附而經(jīng)改性(例如官能化)?；蛘撸r底表面可按原樣使用(即裸露的)?？墒褂玫膶?shí)例基板包括(但不限于)硅、鉬、經(jīng)硅烷改性的硅、金、經(jīng)硫醇改性的金或具有以物理方式吸附的陽(yáng)離子性聚合物的硅表面。

在另一個(gè)實(shí)施例中，首先形成兩相液體系統(tǒng)，接著向系統(tǒng)中添加納米線，而不是向第一液體中添加納米線分散液。因此，可向第一液體中添加第二液體，其與第一液體不同。優(yōu)選地，第二液體在第一液體中不可混溶或可部分混溶/部分不可混溶。以這種方式并且與前述實(shí)施例類似，當(dāng)向第一液體中添加第二液體時(shí)，兩液體相分離，產(chǎn)生兩相液體系統(tǒng)。比較稠密的液體沉降到容器底部，同時(shí)不太稠密的液體浮動(dòng)到第一液體的頂部，產(chǎn)生兩相系統(tǒng)，其具有頂部相、底部相和頂部相與底部相之間的界面。在這一實(shí)施例中，納米線或納米線分散液可添加到兩相系統(tǒng)中或在向第一液體中添加第二液體之前添加到第一液體中。納米線分散液包含分布于分散液體(例如溶劑)中的納米線。分散液體可與第一液體或第二液體相同?；蛘?，分散液體可以是與第一和第二液體都不同的第三液體。或者，可添加干燥的納米線。

基于官能化化合物的選擇以及液體(例如第一液體、分散液體和第二液體以及添加劑(如果使用))的類型和組成，可控制納米線的定向和對(duì)準(zhǔn)。以類似方式，這些參數(shù)/組成變量可允許納米線-納米線間距變化，產(chǎn)生具有不同(即預(yù)先選擇)密度(例如每平方微米納米線密度)的組合件。納米線-納米線間距可由在襯底上捕獲經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的納米線之后覆蓋的表面積百分比來(lái)推斷。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括固定納米線組合件的額外步驟。在這一實(shí)施例中，向具有納米線組合件的容器中添加固化劑，其引起頂部相或底部相的液體固化。在一個(gè)實(shí)施例中，固化相是捕獲納米線的軟層(例如凝膠或柔性固體層)?；蛘?，如果完全移除頂部液相，可添加可引起底部相的液體固化并且固持納米線組合件的液體。在另一個(gè)替代性實(shí)施例中，所述液體中的一種可暴露于輻射(例如熱或電磁輻射，如可見光或UV)以使頂部或底部相固化。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一液體、分散液體或第二液體是本身隨時(shí)間推移而固化的液體。以這種方式，納米線可在頂部(或底部)相中固定。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果大量移除頂部液相，那么可添加一種液體，其在與底部液體相接觸時(shí)固化并且固持納米線組合件。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過安置襯底的官能化表面使其在界面處與經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的納米線組合件接觸，將在頂部和底部相之間的界面處對(duì)準(zhǔn)的納米線(優(yōu)選其中納米線的長(zhǎng)軸實(shí)質(zhì)上垂直于界面表面)以對(duì)準(zhǔn)方式轉(zhuǎn)移到官能化襯底。納米線的組合件可由于經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的納米線與官能化表面之間的靜電相互作用，或由于納米線與官能化表面之間的凡得瓦爾力(van derWaals)相互作用而從界面轉(zhuǎn)移到官能化襯底表面。

在選擇官能化化合物時(shí)可考慮的參數(shù)是納米線轉(zhuǎn)移/捕獲步驟中官能化表面的濕潤(rùn)特性。襯底表面應(yīng)由第一液體適當(dāng)?shù)貪駶?rùn)。也就是說，官能化襯底表面應(yīng)使納米線組合件的轉(zhuǎn)移是自發(fā)(即在沒有幫助的情況下)并且高速地進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，第一液體在官能化表面上可具有小于約130度的接觸角。接觸角優(yōu)選小于90度，如0到75°。優(yōu)選地，官能化襯底表面的濕潤(rùn)在納米線組合件存在下得到促進(jìn)。在某些捕獲幾何結(jié)構(gòu)中，第一和/或第二液體與官能化表面之間的高接觸角(例如>90°)可以是合乎需要的。具體來(lái)說，在使官能化表面從上方與納米線組合件接觸并且官能化表面與液體界面幾乎平行的情況下。在這種情況下，官能化表面從不真正地跨越液體界面并且實(shí)際上，僅從液體界面的一側(cè)提升納米線組合件。

在一個(gè)實(shí)施例中，納米線可用賦予納米線疏水性(包括烷烴、氟化合物(如戊硫醇(Pentanethiol)、全氟癸烷硫醇、十二烷基三氯硅烷、硬脂酸、癸基膦酸、5-(1,2-二硫戊環(huán)-3-基)-N-十二烷基戊酰胺、十二烷基硫酸鈉、聯(lián)三苯膦、十八烷基硫醇))和/或親水性(包括硫酸鹽、磷酸鹽、羧酸鹽、胺、聚醚(如巰基丙烷磺酸鈉、巰基乙烷磺酸鈉、巰基烷烴丁二酸鹽(2-巰基丁二酸鹽)、巰基烷烴胺、溴化(11-巰基十一烷基)-N,N,N-三甲基銨、(12-膦?；榛?膦酸、(±)-1,2-二硫雜環(huán)戊烷-3-戊酸、(2-胺基乙基)二-叔丁基鏻雙(四氟硼酸鹽)、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷、12-巰基十二烷酸))的化合物官能化。在一個(gè)實(shí)施例中，使用不同的官能化化合物使納米線表面的一部分呈現(xiàn)疏水性并且使納米線表面的另一部分呈現(xiàn)親水性，以便在液體界面處實(shí)現(xiàn)垂直對(duì)準(zhǔn)。在替代實(shí)施例中，僅一部分納米線表面用官能化化合物處理。

圖1說明根據(jù)實(shí)施例的捕獲和對(duì)準(zhǔn)納米線的組合件的方法。在這一實(shí)施例的第一步驟1中，將第一液體放入容器100中以形成底部相102?？墒褂萌魏我后w固持容器100，如杯子、瓶子、筒管等。在一個(gè)實(shí)施例中，第一液體是堿性水溶液(pH值大于7)，如NaOH溶液或另一種堿性溶液。溶液的pH值可在9-13范圍內(nèi)，如10-12。任選地，可向第一液體中添加一或多種緩沖劑。在第二步驟2中，向容器100中添加第二液體以形成頂部相104。如上文所論述，選擇第一和第二液體使得其相分離，并且在頂部相104與底部相102之間形成界面106。在一個(gè)實(shí)施例中，頂部相104包含與底部相102不可混溶或僅可部分混溶/部分不可混溶的液體，如環(huán)戊酮。

在第三步驟3中，向容器100中添加納米線分散液，其包含分散于分散流體中的預(yù)先構(gòu)造的納米線108。在頂部相104和底部相102的外部構(gòu)造預(yù)先構(gòu)造的納米線108。舉例來(lái)說，預(yù)先構(gòu)造的納米線108可在將納米線分散液添加到頂部相104和底部相102之前在分散流體中現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造，或在添加到分散流體中之前構(gòu)造并且接著添加到分散流體中。當(dāng)初始添加到容器100中時(shí)，納米線分散液中的納米線108具有無(wú)規(guī)定向，并且可在底部相102和頂部相104中發(fā)現(xiàn)。任選地，納米線108可如上文所描述官能化。在第四步驟4中，將納米線108提供到界面并且優(yōu)選在界面處對(duì)準(zhǔn)/組裝以形成納米線108的組合件112。如上文所論述，用于形成納米線分散液的液體可與第一或第二液體相同或與第一或第二液體不同。

如圖1中所示，在一個(gè)實(shí)施例中，容器100中的大部分納米線108位于界面106處。優(yōu)選容器100中至少50％納米線108(如50-100％，如超過70％，如75-99％，如超過80％，如90-99％)位于界面106處，同時(shí)沒有納米線或少量納米線位于遠(yuǎn)離界面的第一和/或第二液體中。

優(yōu)選地，容器100中大部分納米線108對(duì)準(zhǔn)(例如自行對(duì)準(zhǔn))以在界面106處形成納米線108的組合件112。優(yōu)選容器100中至少50％納米線108(如50-100％，如超過70％，如75-99％，如超過80％，如90-99％)對(duì)準(zhǔn)(彼此單向定向)以在界面106處形成納米線108的組合件112。少數(shù)位于界面106處的納米線108可在與由界面處大部分納米線共有的單一方向不同的方向上隨機(jī)定向或?qū)?zhǔn)，或在無(wú)優(yōu)選定向的情況下隨機(jī)配置。

優(yōu)選地，大部分在界面106處對(duì)準(zhǔn)的納米線108是實(shí)質(zhì)上與界面106垂直對(duì)準(zhǔn)，如在垂線的20°內(nèi)，如在10°內(nèi)，并且相同末端(例如催化劑粒子端)向上。一部分(例如下半部分)納米線108位于液體102中并且另一部分(例如上半部分)納米線108位于液體104中。

或者，容器100中位于界面106處的大部分納米線108可在不實(shí)質(zhì)上垂直于界面106的方向上對(duì)準(zhǔn)(例如與界面106成0與89度之間的角度)，或可在界面處以無(wú)規(guī)定向形式定位。

然而，無(wú)需容器100中所有納米線108對(duì)準(zhǔn)以形成組合件112。不位于界面106處的少量納米線可在與由界面處大部分納米線共有的單一方向相同或不同的方向上隨機(jī)定向或?qū)?zhǔn)。

如上文所論述，對(duì)準(zhǔn)/組裝可隨簡(jiǎn)單的時(shí)間推移而進(jìn)行。然而，可通過將添加劑添加到底部相102和/或頂部相104中來(lái)輔助納米線的對(duì)準(zhǔn)/組裝?；蛘?，可改變(視需要降低或升高)系統(tǒng)(例如容器100、頂部相104和底部相102以及納米線108)的溫度以加快納米線108的對(duì)準(zhǔn)/組裝。

說明任選的第五步驟的兩種替代方案5a、5b。在第一選擇方案5a中，處理頂部相104或底部相102以使所述相固化，并且從而在內(nèi)部固定納米線108。如上文所論述，可通過向頂部相104或底部相102中添加固化劑(例如聚合物或前驅(qū)體，如單體)，接著輻射或加熱頂部相104或底部相102以使前驅(qū)體交聯(lián)，從而形成嵌入聚合物中的納米線來(lái)實(shí)現(xiàn)固化?；蛘?，可通過從含有聚合物的相/層移除任何溶劑來(lái)實(shí)現(xiàn)固化，即無(wú)化學(xué)交聯(lián)。也就是說，含有聚合物的相隨溶劑蒸發(fā)而固化，產(chǎn)生硬化層。

在替代性選擇方案5b中，部分或完全移除頂部相104。頂部相104可通過隨時(shí)間推移(例如蒸發(fā)或通過溶解到底部相102中)、通過添加劑的幫助、通過升高液體的溫度(以加速蒸發(fā))或通過傾析來(lái)移除。以這種方式，使納米線的一端暴露(即不完全浸沒于頂部相104中)。

在步驟6中，將納米線108的組合件112轉(zhuǎn)移(捕獲)到襯底116上。在一個(gè)實(shí)施例中，使襯底116的捕獲表面116A官能化以幫助固定納米線108的組合件112。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底116浸沒在納米線組合件112下方并且經(jīng)定向使得襯底116的捕獲表面116A與界面106平行(即捕獲表面116垂直于納米線108)。接著襯底116緩慢上升以接觸納米線108的組合件112。如果如上文所描述使頂部相或底部相固化，那么將襯底的捕獲表面上的經(jīng)固化的相與納米線組合件一起從容器移除。

在替代實(shí)施例中，將襯底116以與頂部相104和底部相102之間的界面106成角度θ地方式浸漬于第一和第二液體中。接著在襯底116的捕獲表面116A與納米線108的組合件112之間產(chǎn)生接觸。接著可在納米線108垂直于捕獲表面116A的情況下緩慢牽引襯底116通過第一和/或第二液體(如果后面有步驟5b，那么僅第一液體)和/或?qū)⑵鋸牡谝缓?或第二液體取回。通常，可改變襯底取回速度、傾角、取回方向和/或起始位置以增強(qiáng)納米線組合件與捕獲表面的連接和從容器取回。

優(yōu)選地，當(dāng)納米線108的組合件112轉(zhuǎn)移到襯底116時(shí)，至少50％納米線108(如50-100％，如超過70％，如75-99％，如超過80％，如90-99％)相對(duì)于襯底的表面對(duì)準(zhǔn)。因此，界面106處的大部分納米線108可彼此對(duì)準(zhǔn)(例如垂直于或不垂直于界面106)或彼此相對(duì)隨機(jī)配置。然而，當(dāng)納米線轉(zhuǎn)移到襯底116時(shí)，大部分納米線彼此且相對(duì)于襯底116的捕獲表面116A對(duì)準(zhǔn)，如與捕獲表面116A實(shí)質(zhì)上垂直(例如-20到20度，如-10到10度，如0度)。在一個(gè)實(shí)施例中，納米線108與位于襯底116的捕獲表面116A遠(yuǎn)端的納米線108的含有納米粒子108A的側(cè)面對(duì)準(zhǔn)。或者，納米線108與位于襯底116的捕獲表面116A近端的納米線108的含有納米粒子108A的側(cè)面對(duì)準(zhǔn)。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，小于50％納米線108可在液體/液體界面106處對(duì)準(zhǔn)，但超過50％納米線108，(如超過70％，如超過80％)納米線108在襯底116上對(duì)準(zhǔn)。

圖2是根據(jù)實(shí)施例的官能化納米線108的示意性說明。如圖2中說明，納米線108在納米線108的一端包括納米粒子108A，如金納米粒子。納米粒子108A可以是納米線108的線部分108B(例如半導(dǎo)體部分)的生長(zhǎng)過程的結(jié)果，如當(dāng)使用納米粒子108A作為催化劑種子通過蒸氣-液體-固體(VLS)過程生長(zhǎng)納米線108時(shí)。用于制造納米線108的實(shí)例方法可見于4/12/12提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案61/623,137和PCT公開申請(qǐng)案第WO13/154490A2號(hào)中，其以全文引用的方式并入本文中。在一個(gè)實(shí)施例中，第一官能化化合物118A連接到納米線108的一端，如連接到納米粒子108A。第二、不同的官能化化合物118B可連接到納米線中不具有納米粒子108A的第二端。官能化化合物118A、118B幫助在頂部相104和底部相102中對(duì)準(zhǔn)納米線108。如下文關(guān)于特定實(shí)例更詳細(xì)論述，一個(gè)官能化基團(tuán)可以是1-十八烷硫醇(ODT)，而另一個(gè)可以是(12-膦酰基十二烷基)膦酸(PPA)。此外，官能化化合物118A、118B中的一個(gè)(或兩個(gè))可具有一個(gè)官能團(tuán)或兩個(gè)官能團(tuán)，例如官能化化合物118A、118B的兩端上的官能團(tuán)119A、119B。也就是說，官能化化合物118A、118B中的一個(gè)(或兩個(gè))可具有一個(gè)官能團(tuán)或兩個(gè)官能團(tuán)119A、119B，間隔基臂/主鏈的一端或兩端?；蛘撸倌芑衔?18A、118B中的一個(gè)(或兩個(gè))可僅具有一個(gè)官能團(tuán)119A(119B)。一個(gè)官能團(tuán)119B可連接到納米線118，而另一個(gè)官能團(tuán)119A可與襯底116的捕獲表面116A結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，用化合物使襯底捕獲表面116A(例如Si襯底表面)官能化，所述化合物具有與連接到納米線108的第二端(例如不具有納米粒子108A的末端)的官能化化合物118B(例如PPA)的電荷相反的電荷。

在一個(gè)實(shí)施例中，“官能化化合物”包含表面附著官能團(tuán)119B(稱為“錨”)并且可更包含賦予化合物具體特性的第二官能團(tuán)119A。以下表I列舉不同類型的錨基團(tuán)以及不同類型的第二官能團(tuán)和主鏈。錨和第二官能團(tuán)以及主鏈的一些非限制性、例示性組合展示于實(shí)例欄中。例示性溶劑也列舉于表I的最后一行中。

表I

在以上表I中，可使用溶劑、帶電官能化化合物和不帶電官能化化合物的任何適合的組合。此外，除表I中列舉的例示性化合物以外，帶電或不帶電化合物中可使用任何適合的錨和官能團(tuán)組合。適用于納米線組裝和捕獲的官能化化合物還描述于2012年4月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/623,137號(hào)中，其以全文引用的方式并入本文中。

此外，可使用官能化聚合物代替官能化化合物118A、118B。官能化聚合物可包含多個(gè)表面附著官能團(tuán)119B(稱為錨基團(tuán))，其連接到納米線表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，官能化聚合物不含任何錨基團(tuán)119B，但具有多個(gè)可與納米線表面相互作用(例如吸附)的官能團(tuán)(如醇或胺)。在另一個(gè)實(shí)施例中，聚合物不具有錨基團(tuán)或官能團(tuán)。實(shí)際上，聚合物具有能夠與納米線表面相互作用的主鏈(例如聚氧化乙烯)。這一主鏈可包含呈任何已知配置的一種單體或若干種不同聚合物，如交替共聚物、周期性共聚物、統(tǒng)計(jì)共聚物、無(wú)規(guī)共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。

在一個(gè)實(shí)施例中，如果納米線108具有pn接合點(diǎn)508A，那么可將具有所捕獲的納米線108的組合件112的襯底116放入太陽(yáng)能電池501中，如圖5中所示。舉例來(lái)說，如圖5中示意性說明，襯底120含有半導(dǎo)體(例如GaAs、InP等)納米線108，其與襯底的上部捕獲表面實(shí)質(zhì)上垂直地安置(例如與最長(zhǎng)軸成80到100度，如90度)。在這一實(shí)施例中，納米線108具有位于下部第一導(dǎo)電類型(例如n或p型)區(qū)段508A與具有相反導(dǎo)電類型的上部第二導(dǎo)電類型(例如p或n型)區(qū)段508B之間的軸向pn接合點(diǎn)508C。在所述太陽(yáng)能電池501中，電極提供與納米線108的電接觸。舉例來(lái)說，太陽(yáng)能電池501可含有上部電極(例如透明電極)510，其與納米線的上部區(qū)段508B電接觸，并且導(dǎo)電性或半導(dǎo)體襯底520可提供與納米線的下部區(qū)段508A的電接觸。絕緣或包封材料512可位于各納米線108之間?；蛘?，納米線可含有放射狀而非軸向pn接合點(diǎn)，在這種情況下，形成區(qū)段508B作為納米線核心508A周圍的殼層，使得pn接合點(diǎn)實(shí)質(zhì)上垂直于襯底捕獲表面延伸。

圖3是根據(jù)例示性實(shí)施例的經(jīng)對(duì)準(zhǔn)和組裝的納米線的示意性說明。在這一實(shí)例中，用5000μl水性液體填充玻璃容器以形成具有厚度H1的底部相102，所述水性液體使用NaOH調(diào)節(jié)使其pH值為12.2。接著，添加1000μl環(huán)戊酮以形成具有厚度H2的頂部相104。接著添加任意量的納米線108于環(huán)戊酮中的納米線分散液。使納米線108在界面106處自發(fā)地組裝。使玻璃容器100快速冷卻。

通過將具有官能化捕獲表面116A的襯底116浸沒于液體中并且使其從下方移動(dòng)通過液體界面，同時(shí)保持官能化捕獲表面116A以與界面106幾乎垂直定向的方式傾斜(θ>60度傾角，如65-115度)來(lái)轉(zhuǎn)移納米線108的組合件112。通過在聚乙烯亞胺的水性溶液中涂布一片硅晶片來(lái)制備官能化捕獲表面116A。接著，具有經(jīng)轉(zhuǎn)移的納米線108的組合件112的官能化表面在環(huán)境條件下干燥。

圖4是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的捕獲和對(duì)準(zhǔn)納米線陣列的示意性說明。在這一實(shí)施例中，具有官能化捕獲表面116A的襯底116浸漬于液體/液體兩相系統(tǒng)中。在襯底116從液體/液體兩相系統(tǒng)取回時(shí)，在襯底116的捕獲表面116A上捕獲納米線108的組合件112。

在一個(gè)實(shí)施例中，將5000μl調(diào)節(jié)到pH 12.2的水性NaOH添加到容器100中。接著，添加1000μl環(huán)戊酮以產(chǎn)生液體/液體兩相系統(tǒng)(即底部相102和頂部相104)。緩慢地添加任意量的分散于環(huán)戊酮中的納米線108。使玻璃容器100快速冷卻，引起形成納米線的組合件112。接著人工移除大部分剩余的頂部相104。

通過使具有官能化捕獲表面116A的襯底116下降到液體上直到產(chǎn)生與組合件112的接觸來(lái)轉(zhuǎn)移納米線108的界面組合件112。接著，與朗繆爾-沙佛方法(Langmuir-Schaefer method)類似，從界面向上提升襯底116同時(shí)保持官能化捕獲表面116A與液體界面平行。通過在聚合物(例如增稠聚合物)中涂布一片硅晶片來(lái)制備官能化捕獲表面，所述聚合物在與底部相接觸時(shí)固化，從而固定納米線108的組合件112。具有經(jīng)轉(zhuǎn)移的納米線108的組合件112的官能化捕獲表面116A在環(huán)境條件下干燥。

在另一個(gè)實(shí)施例中，首先提供裸(即非官能化)納米線108。接著在納米線108的相對(duì)末端用不同的官能化化合物118A、118B使納米線108的末端官能化。一端可用ODT官能化，同時(shí)另一端可用PPA官能化。接著可用乙醇、丙酮和純化水清洗納米線108。接著，可將納米線108轉(zhuǎn)移到另一液體中以用于進(jìn)一步處理操作或儲(chǔ)存以供隨后使用。

在另一個(gè)實(shí)施例中，在界面106處組裝之前使納米線108官能化。納米線108可在納米線108的相對(duì)末端用不同的官能化化合物118A、118B官能化，以產(chǎn)生一個(gè)具有親水性特征的區(qū)段和另一個(gè)具有疏水性特征的區(qū)段(即兩性納米線)。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用具有兩種不同材料表面的納米線108制造兩性納米線，例如從Au納米粒子種子108A生長(zhǎng)的GaAs納米線部分108B。Au納米粒子108A可用可增加其相對(duì)于GaAs表面的疏水性的官能化化合物處理(例如官能化)。另外，可使用第二化學(xué)物增加GaAs表面的線部分108B的親水性，從而進(jìn)一步增強(qiáng)納米線的兩性特征。

在一個(gè)實(shí)施例中，納米線108以使得其最長(zhǎng)維度(即沿最長(zhǎng)軸的納米線長(zhǎng)度)垂直于液體界面106安置的方式定向。這一定向可例如由于納米線官能化與頂部和底部液體相102、104之間的相互相用而獲得。

在一個(gè)實(shí)例中，使用玻璃容器(液體表面積是4.5cm²)作為容器100并且NaOH水溶液用于底部相102。將底部相102的pH值調(diào)節(jié)到12。在這一實(shí)例中使用的官能化捕獲表面116A是以約70度的角度跨越液體界面106的一片硅晶片。在將底部相102添加到容器100中之后，在底部相102的空氣-液體界面商緩慢添加300μl新近經(jīng)超聲波處理的納米線分散液，其包括含官能化GaAs納米線108的環(huán)戊酮。由此形成單獨(dú)的頂部相104。納米線108在頂部相104與底部相102之間的界面106處自發(fā)地組裝。在約10分鐘之后，水平提升官能化捕獲表面116A使其通過界面106，將納米線108的組合件112從界面106轉(zhuǎn)移到官能化捕獲表面116。

在另一個(gè)實(shí)例中，使用經(jīng)疏水性改性的硅晶片作為官能化捕獲表面116A。通過在硅晶片襯底116上濺鍍鈦薄層，接著濺鍍金薄層來(lái)制備官能化捕獲表面116A。接著將經(jīng)金濺鍍的晶片116浸沒于1-十八烷硫醇于乙醇中的溶液中至少1小時(shí)。接著由與上述實(shí)驗(yàn)類似的實(shí)驗(yàn)，使用這一官能性表面捕獲納米線組合件112，但具有以下不同。在約20分鐘之后，通過使經(jīng)疏水性改性的襯底116以幾乎水平定向(θ<20度傾角，如0-15度)下降到液體界面106中直到全部捕獲表面116A由液體覆蓋來(lái)進(jìn)行到官能化捕獲表面116A的轉(zhuǎn)移。接著使官能化捕獲表面116A緩慢升高并且干燥。在一個(gè)實(shí)施例中，如果襯底具有疏水性捕獲表面116A，那么這一表面保持與界面106實(shí)質(zhì)上平行(例如-10到10度，如0度)。相反，如果襯底具有親水性捕獲表面116A，那么表面保持與界面106實(shí)質(zhì)上垂直(例如80到100度，如90度)。

在另一個(gè)實(shí)例中，使用玻璃容器并且底部相102是水溶液，其中使用NaOH將pH值調(diào)節(jié)到12.5。在14℃的溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。所述程序包括添加第二液體：265μl環(huán)戊酮。四分鐘之后，使用漢密爾頓注射器(Hamilton syringe)添加177μl于環(huán)戊酮中的納米線分散液。在這一實(shí)例中，使用硅襯底116作為捕獲表面116A。在添加第二液體之后十八分鐘，通過將襯底116浸沒于液體中并且使其從下方移動(dòng)通過液體界面106，同時(shí)保持捕獲表面116A相對(duì)于液體界面106傾斜來(lái)轉(zhuǎn)移納米線108的界面組合件112。將具有經(jīng)轉(zhuǎn)移的納米線108的組合件112的捕獲表面116A在環(huán)境條件下干燥。

圖6-10是根據(jù)上述實(shí)施例的在襯底上對(duì)準(zhǔn)的納米線的SEM顯微圖。圖6是顯微圖，其說明遵循朗繆爾-沙佛捕獲法(Langmuir-Schaefer capture)，根據(jù)圖1中說明和上文描述的包括任選的步驟5b的方法制造的納米線。圖7說明一個(gè)實(shí)施例，其中襯底116的捕獲表面116A用聚(乙烯亞胺)(PEI)官能化。圖8-10說明一個(gè)實(shí)施例，其中在非官能化硅襯底116上捕獲納米線108。

雖然前文涉及特定優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)理解本發(fā)明不限于此。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將想到可對(duì)公開的實(shí)施例作各種修改并且這類修改打算在本發(fā)明的范圍內(nèi)。所有本文中列舉的公開案、專利申請(qǐng)案和專利案都以全文引用的方式并入本文中。