Прозрачный проводящий электрод резистивного сенсора

Использование: для создания химических сенсоров, дисплеев, видеоэкранов, устройств фотовольтаики на гибких подложках. Сущность изобретения заключается в том, что устройство прозрачного проводящего электрода на полимерной подложке включает ориентированные и выстроенные вертикально молекулы поверхностно-активного вещества на поверхности гибкого и ориентированный за счет взаимодействия с поверхностно-активным веществом слой пленки углеродных нанотрубок. Технический результат: обеспечение возможности повышения прозрачности и проводимости электродов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к элементам светопрозрачных, проводящих покрытий на основе углеродных нанотрубок и может быть использовано в технологических операциях создания химических сенсоров, дисплеев, видеоэкранов, устройств фотовольтаики на гибких подложках.

Известны устройства прозрачных проводящих электродов (ППЭ) на основе углеродных нанотрубок (УНТ), которые включают в себя сетку УНТ, нанесенную из раствора водной или иной жидкой среды или выращенную химическим методом на поверхности прозрачного диэлектрического материала (стекла или полимера) [1-5].

Особенностью формирования ППЭ является приготовление стабильного коллоида, содержащего взвеси одиночных однослойных, многослойных УНТ, а также УНТ различного типа проводимости. При этом стабильность коллоида и степень дисперсности определяют качество (однородность) формируемой пленки.

Вследствие малых размеров нанотрубок, высокое влияние на формирование раствора и последующей ППЭ оказывают силы взаимного притяжения между УНТ.

С целью уменьшения влияния Ван-дер-ваальсового взаимодействия между нанотрубками используют различные методы их функционализации и иммобилизации, как ковалентной, так и нековалентной. Одним из распространенных способов формирования стабильных коллоидов в воде является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ) (анионного (анионогенного), катионного (катионогенного) или неионогенного типа). При этом ПАВ своими гидрофобными концами присоединяются к УНТ, тогда как гидрофильные концы оказываются в воде. Известно, что в зависимости от концентрации ПАВ, они сами могут формировать в растворе мицеллы, при этом мицеллы окружают УНТ, сдвигая их вместе, что ведет к образованию и укрупнению пучков нанотрубок в растворе. При этом при формировании ППЭ, нанотрубки оказывается хаотично переплетенными с мицеллами, что увеличивает с одной стороны сопротивление пленок, с другой - уменьшает прозрачность.

Таким образом, даже использование ПАВ без учета особенностей взаимодействия ПАВ и основания, на которое наносится раствор УНТ, не обеспечивает формирование равномерных пленок, необходимых для обеспечения прозрачности.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является ППЭ, включающий пленку УНТ в водном растворе ПАВ, раскатанную с использованием стержня на поверхности поликарбонатной пленки [5]. По сравнению с описанными выше устройствами ППЭ данное устройство состоит из нескольких слоев пленок нанотрубок [1-4]. Однако, как и предыдущие устройства, он не содержит ориентированных пленок УНТ вдоль плоскости, параллельной плоскости основания, снижая прозрачность и повышая сопротивление электродов. Это обусловлено в первую очередь отсутствием учета и управления взаимодействием между ПАВ и поверхностью основания, на котором формируется ППЭ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение прозрачности и проводимости ППЭ за счет ориентации нанотрубок в формируемых ППЭ в плоскости, параллельной основанию за счет введения дополнительного ориентированного мономолекулярного слоя между нанотрубкой и поверхностью основания.

Для обеспечения прозрачности используется полимерная прозрачная подложка. Проводящие слои формируются в виде молекулярного планарного слоя на поверхности полимерной подложки толщиной не более 5 нм, которая определяется длиной вертикально стоящей на подложке молекулы ПАВ. Приводящая пленка формируется из раствора воды, которая в последствии испаряется, не оставляя дополнительных загрязнений и повреждений подложки, которые могли бы ухудшить прозрачность основания. Ориентированный вертикально стоящий монослой ПАВ формируется первоначально при одновременном осаждении УНТ и ПАВ на поверхность относительно гидрофобной поверхности, в отличие от устройства, описанного в прототипе. Над данным монослоем сформирован следующий слой. Слоев может быть несколько. Так как толщина монослоя не превышает единиц нанометров, то нанотрубки, оседающие на монослой ПАВ, также могут формировать не менее одного слоя, ориентированного параллельно основанию. Толщина слоя нанотрубок составляет от 1 до 10 нм. Отличительной особенностью устройства является вертикально-ориентированный молекулярный слой ПАВ, обеспечивающий планарную ориентацию проводящего слоя нанотрубок, что обеспечивает высокую проводимость слоя с сохранением высокой прозрачности благодаря малой толщине проводящего слоя.

Прозрачный полимерный слой полиэтиленнафталата обеспечивает формирование бездефектных монослоев. Использование молекул ЦТАБ обеспечивает толщину монослоя 2.7 нм. Использование молекул ДСН обеспечивает толщину слоя 2.2 нм.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где изображено:

Фиг 1. Схема утсройства ориентированных ППЭ, где:

1 - полимерное основание, 2 - УНТ, покрытая молекулами ПАВ, 3 - одиночная молекула ПАВ, 4 - мицелла из молекул ПАВ; а - нанесение водного раствора УНТ в ПАВ, б - формирования монослоя ПАВ на поверхности полимерного носителя, в - формирование покрытия из нанотрубок на поверхности монослоя ПАВ.

Фиг. 2 - АСМ изображение монослоев ПАВ ЦТАБ на поверхности ПЭН пленки (а) и профиль сечения одного монослоя (б). Толщина одного слоя 1,6 нм.

Фиг. 3 - АСМ изображение ППЭ на основе ОСНТ на поверхности ПЭН пленки.

Устройство ППЭ согласно изображению (Фиг. 1) включает в себя следующие элементы. Раствореный в воде ПАВ 3 с добавлеными УНТ 2 в водном растворе ПАВ. Композит УНТ и ПАВ находятся на поверхности полимерной пленки 1 (Фиг. 1). УНТ могут являться - одиночные однослойные УНТ, многослойные УНТ, и их пучки. ПАВ могут быть ионогенные вещества, например цетилтриметиламмония-бромид (ЦТАБ), додецилсульфат натрия (ДСН), или неионогенные (ДНК). Если поверхность носителя достаточно гидрофобная, то молекулы ПАВ начинают покрывать монослоем поверхность основания, гидофобными окончаниями присоединяясь к основанию (Фиг. 1). При этом толщина и качество монослоя определяются температурой: чем выше температура, тем меньше в растворе мономеров ПАВ 3, и больше формируется мицелл 4. Для достижения мономолекулярного слоя необходимо, чтобы температура была ниже критической температуры мицелолобразования (температуры Крафта). На следующей стадии при высыхании раствора УНТ начинают осаждаться на поверхность монослоя ПАВ, формируя ориентированную параллельную основанию сетку.

Если концентрация УНТ превышает степень перколяции, то сетка является проводящей.

Пример конкретного исполнения.

Первоначально определялась зависимость формирования монослоя ПАВ на полимерной подложке от температуры осаждения. В качестве ПАВ был выбран ЦТАБ, который был растворен в воде с концентрацией 5 мкг/л. Капля 1 мкл раствора наносилась на поверхность пленки полиэтилен нафталата (ПЭН) и высушивалась при комнатной температуре и при температуре 100°C. При температуре 100°C на поверхности ПЭН после высыхания формировались толстые пленки из молекул ЦТАБ с наличием трещин и складок. При комнатной температуре формировались достаточно тонкие слои на поверхности ПЭН пленки после испарения воды. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) выявила формирование слоев ЦТАБ на поверхности ПЭН пленки толщиной 1,6 нм, что достаточно близко к единичному монослою ориентированных молекул ПАВ на поверхности основания (Фиг. 2). Так как температура Крафта для ЦТАБ составляет 25°C, то следует ожидать, что при понижении температуры ниже комнатной будет формироваться большие по площади монослои ЦТАБ.

Далее в раствор с ПАВ в концентрации 1 мкг/л добавлялись УНТ, представляющие собой однослойные углеродные нанотрубки, полученные методом дугового испарения графита и очищенные от катализатора до концентрации 99,5 масс.%. Для формирования коллоида раствор обрабатывался в ультразвуковой ванне в течение нескольких часов.

Раствор наносился на поверхность ПЭН пленки, высушивался при комнатной температуре (около 25°C) в течение 20 минут. При этом происходило испарение воды с поверхности и ориентация нанотрубок. АСМ исследование выявило наличие террас (монослоев ПАВ), на которых ориентировано параллельно плоскости основания располагались перколированные нанотрубки в виде пучков и одиночных молекул (Фиг. 3). Проводимость данной структуры составила менее 1000 Ом/квадрат. Оптическая прозрачность на длине волны 550 нм составила не менее 75%.

Предложенная конструкция устройства обеспечивает повышение прозрачности при сохранении проводимости по сравнению с прототипом, что обеспечивает решение задачи.

Источники информации

1. Патент США 8138568.

2. Патент ЕС 2088122.

3. Патент ЕС 2361880.

4. Патент ЕС 2154598.

5. В. Dan, G.C. Irvin, М. Pasquali Continuous and Scalable Fabrication of Transparent Conducting Carbon Nanotube Films // ACS Nano, 2009, 3 (4), 835-843 - прототип.

1. Прозрачный проводящий электрод резистивного сенсора, включающий ориентированные и выстроенные вертикально молекулы поверхностно-активного вещества на поверхности гибкого носителя и ориентированный за счет взаимодействия с поверхностно-активным веществом слой пленки углеродных нанотрубок.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что материалом гибкого носителя является термически обработанный полиэтилен нафталат.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что материал поверхностно-активного вещества - цетилтриметиламмоний-бромид (ЦТАБ) или додецилсульфат натрия (ДСН).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к функциональным устройствам наноэлектроники и может быть использовано для приборного и схемотехнического применения нанотехнологии, например для построения одноэлектронных логических схем, схем одноэлектронной и спиновой памяти.

Изобретение относится к нанотехнологии, может быть использовано в химической промышленности для создания эффективных катализаторов. Заключается в том, что на подложку наносят вспомогательный слой, в котором формируют ряды канавок нанометровой глубины с вертикальными стенками, наносят слой каталитического материала нанометровой толщины, поверх которого формируют маску из фоторезиста с рисунком узких полосок, расположенных поперек канавок, анизотропным травлением удаляют слой каталитического материала до вспомогательного слоя, оставляя его на боковых стенках канавок и под маской, маску удаляют.

Группа изобретений относится к пневматическим генераторам жидких аэрозольных субмикронных частиц лекарственного средства и составу указанного средства для использования в медицине для лечения заболеваний носоглотки, бронхов и легких.

Изобретение относится к нанотехнологиям в области противопожарной техники. Предлагаемое техническое решение относится к метаемым огнетушащим средствам.

Группа изобретений относится к области фармацевтической промышленности, а именно к системе доставки малорастворимых и нерастворимых в воде биологически активных веществ (БАВ) с контролируемой кинетикой высвобождения, которая представляет собой сферические наночастицы, содержащие плотное гидрофобное ядро, образованное биосовместимыми и биоразлагаемыми гидрофобными полимерами, такими как полигидроксибутират, полилактид, полигликолид, полидиоксанон, поли-ε-капралактон, полигидроксивалерат, сополимер молочной и гликолевой кислот, в которое включено малорастворимое или нерастворимое в воде БАВ, при этом гидрофобное ядро окружено гидрофильными фрагментами амфифильных полимеров, состоящих из одного фрагмента водорастворимого карбоцепного полимера с молекулярным весом Mn=1000-30000 Да и одной концевой гидрофобной группы, включающей один алифатический радикал с числом атомов углерода в углеродной цепи 9÷20, а также к способу получения такой системы доставки.

Изобретение относится к области инкапсуляции. Описан способ получения нанокапсул L-аргинина или норвалина.

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений и касается способа получения визуализирующих агентов с антистоксовой фотолюминесценцией в виде водной дисперсии полиакролеиновых частиц, содержащих наноразмерные антистоксовые фосфоры (НАФ), путем полимеризации акролеина в водно-щелочной среде, проводимой в две стадии, на первой из которых проводят осадительную полимеризацию, а на второй стадии полученный продукт подвергают дальнейшей радикальной полимеризации в присутствии водорастворимого инициатора K2S2O8, отличающегося тем, что первую стадию полимеризации проводят в присутствии НАФ в количестве 0,1-1,5 мас.% в расчете на мономер, предварительно обработанных гидроксидом тетраметиламмония, которые используют в качестве инициатора полимеризации.

Изобретение относится к области ветеринарии, в частности к способу лечения геморрагического цистита у кошек. Способ включает введение антибактериального препарата в мочевой пузырь.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и медицине и представляет собой лекарственный препарат противотуберкулезного действия в виде лиофилизата для перорального применения массой 2.0±0.20 г, содержащий D-циклосерин 12.5±1.25 мас.%, полимер PLGA 50/50 50±5.0 мас.%, поливиниловый спирт 12.5±1.25 мас.% и D-маннитол 25±2.5 мас.%, с содержанием D-циклосерина от 0.225 до 0.275 г, который при разбавлении водой в количестве 100±10 мл образует суспензию частиц с размером не более 800 нм, составляющих не менее 90%.

Изобретение относится к области инкапсуляции. Описан способ получения нанокапсул танина.

Изобретение относится к медицине и заключается в способе получения нанокапсул лекарственных препаратов группы цефалоспоринов, в которых в качестве оболочки используется интерферон, а в качестве ядра используются препараты группы цефалоспоринов.

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к разработке реактора-конвертера с расплавленным уран-плутониевым топливом, работающим со средним коэффициентом воспроизводства, достаточным для самообеспечения топливом. Реактор-конвертер подпитывается низкообогащенной смесью сырьевых и делящихся изотопов урана и плутония с содержанием делящихся изотопов не более, чем в отработавшем ядерном топливе (ОЯТ) легководных реакторов, а также отвальным ураном, поэтому реактор не требует производств внешнего топливного цикла. Использование в качестве теплоносителя полисилазана позволяет улучшить нейтронно-физические характеристики топливного цикла, увеличить коэффициент воспроизводства. Реактор-конвертер канального типа с расплавленным топливом состоит из корпуса низкого давления с размещенной активной зоной, состоящей из вертикальных колонн бокового отражателя и внутрикорпусных устройств (ВКУ) с установленными в центральные отверстия колонн ВКУ технологическими каналами (ТК) для протока теплоносителя и размещенными в них тепловыделяющими сборками (ТВС) с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ), корпус низкого давления заполнен теплоносителем, в который погружена активная зона, внутренний объем ТВЭЛ ТВС, размещенных в технологических каналах, заполнен жидкометаллическим уран-плутониевым топливом, верхние концы ТВЭЛ объединены в накопителе продуктов деления ТВС, концы ТВЭЛ выполнены сообщающимися с полостью ТВС, последняя выполнена сообщающейся с открытой полостью над топливом, находясь с ней под общим давлением, при этом корпус низкого давления выполнен из высокопрочного титанового сплава, например марки ВТ3-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ14 или ВТ22, защищенного изнутри нанопористым композитом на основе нитрида бора, а теплоноситель выполнен на основе полисилазана следующего стехиометрического состава: Si315N3C12D22. Накопитель продуктов деления ТВС содержит нанопористый сорбционный материал для удаления газообразных продуктов деления и продуктов деления с высокой упругостью пара, например, на основе SiАlON при дисперсности микропор в интервале 5-15 Å, и материал-поглотитель продуктов деления с низкой упругостью пара. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технологии, в частности к установкам для выращивания наногетероэпитаксиальных структур методом жидкофазной эпитаксии, и может быть использовано при производстве материалов для полупроводниковых приборов. Изобретение позволяет увеличить производительность установки, улучшить многократное позиционирование подложки при увеличении ее диаметра, обеспечить эпитаксиальное наращивание не только нанослоев, массивов квантовых точек, но и омических контактов различных конфигураций за счет выполнения реактора в виде «креста», внутри горизонтальной части которого, вдоль его оси, перемещается кассета с расположенными на ней емкостями с различными растворами-расплавами, контейнерами с подложками и контейнерами для складирования наноструктур для их поочередного совмещения с цилиндром. В вертикальной части реактора, через центр нижней крышки реактора, проходит шток, перемещающий контейнеры из кассеты к нижнему основанию цилиндра для закрепления подложек при создании вакуума внутри цилиндра, с последующим отделением наноструктур в контейнер при поступлении водорода вовнутрь цилиндра. Перемещение штоком из кассеты емкостей приводит к созданию ростовой камеры, образованной рабочей поверхностью подложки, внутренней поверхностью нижнего основания цилиндра и поверхностью насыщенного раствора-расплава, проходящего через отверстия плавающей пластины заданной формы с различной конфигурацией отверстий. Через центр верхней крышки реактора проходит шток внутри цилиндра, перемещающий теплоноситель от теплоемкости с постоянной температурой и теплоемкости в виде кольца с индукционным импульсным нагревом до тыльной поверхности подложки. 1 ил.

Изобретение может быть использовано при дуговой сварке и наплавке металлических деталей в среде защитного газа и под флюсом. Проволока содержит металлический стержень и электролитически нанесенное на него нанокомпозиционное покрытие, включающее металлическую матрицу с распределенными в ней наноразмерными частицами. Упомянутое покрытие содержит наноразмерные частицы фторида или смеси фторидов редкоземельного металла и наноразмерные частицы гексаборида или смеси гексаборидов щелочноземельного металла при следующем соотношении объемов матрицы и наноразмерных частиц в покрытии, %: металлическая матрица 55-96, наноразмерные частицы фторида или смеси фторидов 3-20, наноразмерные частицы гексаборида или смеси гексаборидов 1-25. Фторид редкоземельного металла выбран из группы, включающей фторид лантана, фторид иттрия и фторид церия. Гексаборид щелочноземельного металла выбран из группы, включающей гексаборид кальция, гексаборид бария и гексаборид стронция. Сварочная проволока позволяет увеличить прочность, пластичность и ударную вязкость сварных швов трубных и криптоустойчивых сталей высокой прочности. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в конструкциях коаксиальных кабелей связи. В коаксиальном кабеле с нанотрубчатой изоляцией, содержащем центральный металлический проводник (1), расположенный на нем слой полимерной изоляции (2) и внешний металлический проводник (3), полимерная изоляция выполнена из n полимерных слоев нанотрубок (4,5,6), причем каждый слой полимерной изоляции отличается различным диаметром нанотрубок. Изобретение обеспечивает создание конструкции коаксиальных кабелей с изоляционным материалом для любых размеров коаксиальных пар требуемую низкую величину относительной диэлектрической проницаемости. 1 ил.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для прогнозирования аллергических реакций при использования дентальных имплантатов на основе сплавов оксида титана в реконструктивной хирургии. Предлагаемый способ персонифицированного подбора пациенту дентального имплантата на основе сплавов оксида титана осуществляют в условиях in vitro с помощью тест-системы активации базофилов для оценки аллергической реакции на исследуемый материал методом подсчета разрушенных базофилов в крови пациента. Предварительно выделяют наночастицы с поверхности дентального имплантата путем инкубирования в воде при температуре 37,2°C в течение 5 дней, после чего на полученный супернатант воздействуют ультразвуком 35 кГц в течение 10-20 минут, затем добавляют венозную кровь пациента и моноклональные антитела к молекулам CD203 и CD294, повторно инкубируют в течение 15 минут и с помощью тест-системы методом проточной цитофлуориметрии фиксируют активацию базофилов либо ее отсутствие. Исходя из полученных результатов рассчитывают индекс активации базофилов, и в случае получения отношения количества позитивных базофилов исследуемого образца к количеству негативных базофилов контрольного образца меньше 1 или равного 1 рекомендуют данный имплантат к использованию. Использование способа позволяет прогнозировать и исключить возможные аллергические реакции со стороны иммунной системы пациента в послеоперационном периоде и, соответственно, осуществить индивидуальный подбор различных сплавов металлов и профилактику воспалительных осложнений в отсроченном периоде. 1 табл., 2 пр.

Использование: для создания интегральных схем памяти с элементами нанометровых размеров. Сущность изобретения заключается в том, что бистабильная ячейка памяти на базе однослойной наноструктуры, имеющая горизонтально ориентированные слои, содержит диэлектрическую подложку, размещенные на диэлектрической подложке первый, второй логические транзисторы, первый, второй нагрузочные диоды и выполнена наноразмерной со ступенчатым профилем, где рабочие переходы «база-эмиттер», «база-коллектор» двух транзисторов являются поверхностными переходами, которые обладают низкой мощностью потребления и наименьшими поверхностями переходов. Технический результат: обеспечение возможности снижения потребляемой мощности при одновременном повышении быстродействия за счет снижения паразитных емкостей рабочих переходов. 8 ил.

Изобретение относится к области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул лекарственных растений, обладающих спазмолитическим действием, заключается в том, что 10 мл настойки валерьяны добавляют в суспензию конжаковой камеди в петролейном эфире, содержащую 3 г или 1 г конжаковой камеди в присутствии 0,01 г препарата Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре. Технической задачей изобретения является упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе. 3 пр., 1 ил.

Изобретение относится к аддитивным технологиям, биотехнологии и медицине, а именно к cпособу получения трехмерных конструкций в объеме полимеризуемого материала. Способ характеризуется тем, что осуществляют облучение фотоктиватора глубоко проникающим в полимеризуемую композицию непрерывным источником света ближнего ИК-диапазона, что приводит к активации процесса полимеризации посредством безызлучательного резонансного переноса энергии от наночастицы на фотоинициатор, при этом фотоактиватор представляет собой молекулярный комплекс, состоящий из апконвертирующей наночастицы NaYF4:Yb3+,Tm3+, обладающей антистоксовой люминесценцией в ультрафиолетовой (УФ) и синей области спектра. Способ позволяет исключить радиационную нагрузку цитотоксичного ультрафиолетового излучения и применять фотоактиватор для создания полимерных композиций в объеме, содержащем клеточные культуры. Изобретение может быть использовано для создания различных тканеинженерных конструкций, матриц для индивидуальных биоактивных имплантов и искусственных органов. 3 ил.
Наверх