(57)【要約】  配列された半導体ナノ粒子と受容体基材とを備えるデバイスを作製する方法であって、ａ）複数の第１半導体ナノ粒子を配列させるステップと、ｂ）第１ドナーシート上に配列された第１半導体ナノ粒子を堆積させるステップと、ｃ）少なくともこの配列された第１半導体ナノ粒子の一部をレーザ照射することによって受容体基材に転写させるステップとを含む方法が提供される。典型的には、この半導体ナノ粒子は、無機半導体ナノ粒子である。この配列ステップは、典型的には、１）テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面の中または上での毛細管流動による配列と、２）自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）上にテンプレートすることによる配列と、３）テクスチャ加工された高分子表面上にテンプレートすることによる配列と、または４）ネマチック液晶を含む組成物中で混合し、その後ネマチック液晶を剪断配向させることによる配列とを含む、任意の適切な方法によって達成される。ある実施形態では、この方法は、ｄ）第２の複数の第２ナノ粒子を配列させるステップと、ｅ）この配列された第２ナノ粒子を同一ドナーシートまたは第２ドナーシート上に堆積させるステップと、ｆ）この配列された第２ナノ粒子の少なくとも一部をレーザ照射することによって同一受容体基材に転写するステップとをさらに含む。この第２ナノ粒子は、導電性粒子、非導電性粒子、または、無機半導体ナノ粒子を含む半導体ナノ粒子でよく、第１半導体ナノ粒子と同一組成または異なる組成でよい。なお、本発明の方法に従って作製されたデバイスが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された半導体ナノ粒子と受容体基材とを備えるデバイスの作製方法であって、
ａ）複数の第１半導体ナノ粒子を配列させるステップと、
ｂ）前記配列された第１半導体ナノ粒子を第１ドナーシート上に堆積させるステップと、
ｃ）前記配列された第１半導体ナノ粒子の少なくとも一部を、レーザ照射することにより受容体基材に転写させるステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記半導体ナノ粒子が、無機半導体ナノ粒子である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップａ）が、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面の中または上での毛細管流動による配列によって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップａ）が、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）上でのテンプレートによる配列によって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップａ）が、テクスチャ加工された高分子表面上でのテンプレートによる配列によって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップａ）が、ネマチック液晶を含む組成物中で混合し、その後ネマチック液晶を剪断配向させることによる配列によって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ｄ）第２の複数の第２ナノ粒子を配列させるステップと、
ｅ）前記配列された第２ナノ粒子を第２ドナーシート上に堆積させるステップと、
ｆ）前記配列された第２ナノ粒子の少なくとも一部を、レーザ照射することにより前記同一受容体基材に転写させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２ナノ粒子は半導体ナノ粒子である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２ナノ粒子は、前記第１半導体ナノ粒子と組成が異なる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２ナノ粒子は、無機半導体ナノ粒子である、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２ナノ粒子は、前記第１半導体ナノ粒子と組成が異なる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２ナノ粒子は、導電性ナノ粒子である、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２ナノ粒子は、非導電性ナノ粒子である、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
ｄ）第２の複数の第２ナノ粒子を配列させるステップと、
ｅ）前記配列された第２ナノ粒子を前記第１ドナーシート上に堆積させるステップと、
ｆ）前記配列された第２ナノ粒子の少なくとも一部を、レーザ照射することにより前記同一受容体基材に転写させるステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２ナノ粒子は、半導体ナノ粒子である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２ナノ粒子は、前記第１半導体ナノ粒子と組成が異なる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２ナノ粒子は、無機半導体ナノ粒子である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２ナノ粒子は、前記第１半導体ナノ粒子と組成が異なる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２ナノ粒子は、導電性ナノ粒子である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２ナノ粒子は、非導電性ナノ粒子である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１の方法に従って作製された配列された半導体ナノ粒子と受容体基材とを備える、デバイス。
【請求項２２】
請求項７の方法に従って作製された配列された半導体ナノ粒子と受容体基材とを備える、デバイス。
【請求項２３】
請求項１４の方法に従って作製された配列された半導体ナノ粒子と受容体基材とを備える、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ナノ粒子のパターン形成および／または配列の方法、およびパターン形成されたおよび／または配列された半導体ナノ粒子を備える物品に関する。本発明は、トランジスタおよびダイオードなどの薄膜電子デバイスの製造に役立ち得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
簡潔に言えば、本発明は、配列された半導体ナノ粒子と受容体基材とを備えるデバイスの作製方法であって、ａ）複数の第１の半導体ナノ粒子を配列させるステップと、ｂ）第１のドナーシート上に、配列された第１の半導体ナノ粒子を堆積させるステップと、ｃ）少なくともこの配列された第１の半導体ナノ粒子の一部をレーザ照射することによって受容体基材に転写させるステップと、を含む方法が提供される。典型的には、この半導体ナノ粒子は、無機半導体ナノ粒子である。この配列ステップは、典型的には、１）テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面の中または上の毛細管流動による配列と、２）自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）上にテンプレートすることによる配列と、３）テクスチャ加工された高分子表面上にテンプレートすることによる配列と、または４）ネマチック液晶を含む組成物中で混合し、その後ネマチック液晶を剪断配向することによる配列とを含む、任意の適切な方法によって達成される。ある実施形態では、この方法は、ｄ）第２の複数の第２のナノ粒子を配列させるステップと、ｅ）この配列された第２のナノ粒子を同一ドナーシートまたは第２のドナーシート上に堆積させるステップと、ｆ）この配列された第２のナノ粒子の少なくとも一部をレーザ照射することによって同一受容体基材に転写するステップとをさらに含む。この第２のナノ粒子は、導電性粒子、非導電性粒子、または、無機半導体ナノ粒子などの半導体ナノ粒子でよく、第１の半導体ナノ粒子と同一組成かまたは異なる組成でもよい。なお、本発明の方法に従って作製されたデバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００３】
任意の適切な半導体ナノ粒子を、本発明の実施に際して用いることができる。このナノ粒子は、厚さにおいて、すなわち、最小寸法において、典型的には５００ｎｍ未満、より典型的には２００ｎｍ未満、より典型的には１００ｎｍ未満、また、実施形態によっては、５０ｎｍ未満または２０ｎｍ未満の厚さである。本発明の実施において役に立つ典型的なナノ粒子は、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノチューブ、ナノリボン、およびナノ結晶を含むことができる。これらのナノ粒子は、分岐してトリポッドまたはテトラポッドを形成することができる。
【０００４】
典型的な半導体ナノ粒子はＩＩ−ＶＩ材料、ＩＩＩ−Ｖ材料、第ＩＶ族材料またはそれらの組合せからなる。適切なＩＩ−ＶＩ材料は、最も典型的にはＳｅ、ＴｅおよびＳからなる群から選択される任意の数の第ＶＩ族材料を有する、最も典型的にはＺｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、およびＭｇからなる群から選択される任意の数の第ＩＩ族材料の合金からなってもよい。適切なＩＩ−ＶＩ材料は、酸化亜鉛または酸化マグネシウムを含んでもよい。適切なＩＩＩ−Ｖ材料は、最も典型的にはＡｓ、ＰおよびＳｂからなる群からから選択される任意の数の第Ｖ族材料を有する、最も典型的にはＩｎ、Ａｌ、およびＧａからなる群から選択される任意の数の第ＩＩＩ族材料からなってもよい。適切な第ＩＶ族材料は、ＳｉおよびＧｅを含んでよい。あるいは、有機半導体材料を用いることができ、それらは、ペリレン、ペンタセン、テトラセン、金属フタロシアニン類、銅フタロシアニン、６チオフェン、またはそれらの誘導体を含んでもよい。なお、上記の任意の材料同士での層状化、セグメント化、合金化、または他の方法で複合化された組合せ、あるいは上記の任意の材料と導電性材料との層状化、セグメント化、合金化、または他の方法で複合化された組合せを用いてもよい。
【０００５】
本発明の実施に際して役立つ半導体ナノ粒子は、国際公開第２００４／０２７８２２Ａ２号パンフレット、米国特許出願公開第２００４／０００５２７３Ａ１号明細書に教示される方法を含む任意の適切な方法によって製造することができる。半導体ナノ粒子の製造に役立つことができるさらなる方法には、アーク放電、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、物理気相成長、等を含んでよい。
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態では、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付（ナノチャネルを含んでもよい）の表面の中あるいは上で、半導体ナノ粒子を毛細管流動によって配列させる。これらの半導体ナノ粒子を含む組成物を、毛細管作用が毛細管中の組成物を引き寄せて、ナノ粒子を毛細管の長さに沿って配向するように、表面の中あるいは上に作られた毛細管に塗布する。なお、ナノ粒子は、液体組成物の乾燥時に配列し易くなり、そのために、これらのナノ粒子を配列させるのに役立つ第２の工程を提供することができる。半導体ナノ粒子を含む任意の適切な組成物を用いてよい。この組成物は、最も典型的にはは液体または懸濁液である。この組成物は、半導体ナノ粒子に加えて、充填剤、分散剤、染料、防錆剤などの添加剤だけでなく、溶剤、ビヒクル、高分子、または他の材料を含んでよい。ガラス、セラミック、金属、または高分子の表面を含む任意の適切なテクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面物品を用いてもよい。これらの模様または毛細管パターンは、２次元または３次元でよく、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面デバイスの１つまたは複数の面を含んでよい。これらの模様または毛細管パターンは、開口チャネルすなわち管、閉口チューブすなわちベイン、独立ウェル、またはそれらの組合せを含んでよい。独立ウェルの場合、乾燥工程は、毛細管工程より優先してよい。ある実施形態においては、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面物品は、単一の配向性のチャネルを備える。他の実施形態においては、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面物品は、異なる配向性の様々な領域を備える。さらなる実施形態においては、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面物品は、配向度対ランダム度が異なるチャネルを有する様々な領域を備える。さらなる実施形態においては、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面物品は、領域内に存在する配向された材料の量を調節するように毛細管チャネルの集中度が異なる様々な領域を備える。さらなる実施形態においては、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面物品は、配列されたナノチューブの領域が表面上で直角に交わりまたは他の方位と交わるように、毛細管チャネルの交叉アレイを有する領域を備えてよい。本発明の実施に際して役立つことができるマイクロ流体チャネルを備える物品は、米国特許第６，３７５，８７１号明細書、米国特許出願公開第２００２／００９８１２４号明細書および米国特許出願公開第２００４／００４２９３７号明細書に記載の方法に従って作製することができる。マイクロ流体チャネルを備える物品の製造に役立ち得るさらなる方法としては、フォトリソグラフィ、ドライエッチング、ダイヤモンド旋削、レーザ・アブレーション、鋳込み、エンボシング等を含んでよい。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態においては、半導体ナノ粒子を、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）上にテンプレートによって配列させる。半導体ナノ粒子を含む組成物を、半導体ナノ粒子が自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）に配向し易くなるようにＳＡＭで処理された表面上に塗布する。上記のように、半導体ナノ粒子を含む任意の適切な組成物を使用してよい。自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を、米国特許第６，５１８，１６８号明細書に記載の方法を含む任意の適切な方法によって作製してよい。
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態においては、半導体ナノ粒子を、液晶または延伸された高分子膜の配列に用いられるような、こすられたポリイミド表面などのテクスチャ加工された高分子表面上にテンプレートによって配列させる。半導体ナノ粒子を含む組成物を、テクスチャ加工された高分子表面に塗布する。上記で述べたように半導体ナノ粒子を含む任意の適切な組成物を用いてよい。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態においては、半導体ナノ粒子は、第１にネマチック液晶を含む組成物中に半導体ナノ粒子を混合させることと、第２に前記ネマチック液晶を剪断配向させることとを含む工程によって配列される。任意の適切なネマチック液晶、およびディアキング（Ｄｉｅｒｋｉｎｇ）、「ネマチック液晶でのカーボン・ナノチューブの配列および再配向」アドバンスト・マテリアル（Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．）、２００４年６月４日、１６巻、１１号、８６５〜８６９頁に記載の方法を含む任意の適切な剪断配向の方法を用いてよい。
【００１０】
半導体ナノ粒子を配列させる上記の方法のうちの任意の方法において、半導体ナノ粒子を含む組成物は、インクジェット印刷、ナイフ・ブレード・コーティング、ドクター・ブレード・コーティング、スピン・コーティング等を含む印刷法または被覆法によって塗布してよい。さらに、この半導体ナノ粒子を含む組成物を、この塗布ステップ、特にインクジェット印刷、レーザ誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）などの塗布の印刷法が用いられる塗布ステップの際に、パターン形成してよい。なお、インクジェット印刷、レーザ誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）などの塗布の印刷法を、無配向の半導体ナノ粒子のパターン形成に用いてよい。
【００１１】
上記配列方法のいくつかの実施形態では、配列機構を備える物品は、電子デバイスの基板である。これらの実施形態において、この配列機構は、上記任意の塗布方法によって基板に塗布した後、半導体ナノ粒子を配向させる働きをする。この電子デバイス基板は、さらに、電子接点、導体、絶縁体、熱管理機構等を備えてよい。
【００１２】
上記で述べた配列方法のいくつかの実施形態では、この配列機構を備える物品は、被覆金型である。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態では、半導体ナノ粒子をレーザ誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）によりパターン形成する。この方法では、米国特許第６，１１４，０８８号明細書、米国特許第６，１９４，１１９号明細書、米国特許第６，３５８，６６４号明細書、米国特許第６，４８５，８８４号明細書、および米国特許第６，５２１，３２４号明細書に記載のような半導体ナノ粒子を含む組成物をドナーシート上に載せる。このドナーシートを受容体基材に接触させ、この半導体ナノ粒子を含む組成物をレーザ照射により受容体基材に選択的に転写させる。この方法は、半導体ナノ粒子を含む組成物の、「島」の形成を含む任意のパターン形成を可能にする。この実施形態では、半導体ナノ粒子を含む任意の適切な組成物を用いることができる。この組成物は、固体、液体、懸濁液、ゲル、または物体の任意の適切な形態でよい。半導体ナノ粒子に加えて、この組成物は、充填剤、分散剤、染料、防錆剤などだけではなく、溶剤、ビヒクル、高分子、マトリックス、または他の材料を含んでよい。液体組成物は、転写の前に乾燥すなわち固化される。ある実施形態では、この組成物は蒸着、分解またはその両方によって除去することができる成分を含むことができ、この成分には溶剤、ビヒクル、高分子、マトリックス、または他の材料を含んでよい。分解には、熱、化学物質、放射、時間、または他のある助剤の利用、またはそれらのある組合せの利用を伴ってもよい。あるいは、この組成物は純粋な半導体ナノ粒子のみを含んでもよい。
【００１４】
半導体ナノ粒子がレーザ誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）によってパターン形成される本発明のいくつかの実施形態では、１つまたは複数の薄膜電子デバイスを備える物品を作製する。一実施形態では、多くの薄膜電子デバイスを備える電子回路を作製するが、この薄膜電子デバイスは簡単なデザインでよく、または集積回路チップに匹敵するくらい複雑であってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、薄膜電子デバイスを備える物品を単一のＬＩＴＩステップを含む方法によって作製してよい。本発明のいくつかの実施形態では、薄膜電子デバイスを備える物品を２つ以上のＬＩＴＩステップを含む方法によって作製してもよい。この多重ＬＩＴＩステップには、半導体ナノ粒子の組成、形状、大きさ、向きもしくは配向度、または濃度が異なるドナーシートを使用してよい。本発明のいくつかの実施形態では、薄膜電子デバイスを備える物品を１つまたは複数の多層ＬＩＴＩステップによって作製してよい。このような多層ＬＩＴＩ中の追加的な層には、金属、絶縁体、誘電体などを含んでよく、これらはシャドー・マスク、リソグラフィなどの方法によってパターン形成してよい。
【００１５】
半導体ナノ粒子がレーザ誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）によってパターン形成される本発明のいくつかの実施形態では、半導体ナノ粒子を含む組成物を、パターン形成される前に上記で論じた１つまたは複数の配列方法によって配列させる。一実施形態では、ナノ粒子を、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面を備える物品上に配列させ、そこからドナーシートに転写させる。一実施形態では、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面は、単一配向のチャネルを備える。他の実施形態では、テクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面は、異なる配向の様々な領域を備える。
【００１６】
半導体ナノ粒子がレーザ誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）によってパターン形成される本発明のさらなる実施形態では、半導体ナノ粒子を含む組成物を、パターン形成の前にドナーシート上に配列させる。この実施形態では、このドナーシートはテクスチャ加工されたまたはマイクロチャネル付の表面を備える。一実施形態では、このドナーシートは単一配向のチャネルを備える。他の実施形態では、このドナーシートは異なる配向のチャネルを有する様々な領域を備える。さらなる実施形態では、このドナーシートは、基板の特定の領域における移動度、オン／オフ比、または他のデバイスパラメータを調節するように、配向度対ランダム度が異なる様々な領域を備える。さらなる実施形態では、このドナーシートは、領域中に存在する配向された材料の量を調節するように、毛細管チャネルの集中度が異なる様々な領域を備える。さらなる実施形態では、このドナーシートは、配列されたナノチューブの領域がドナーシート上に直角に交わりまたは他の方位と交わるように、毛細管チャネルの交叉アレイを有する領域を備えてよい。この交叉された配列されたナノチューブは転写することができ、その結果、基板上に半導体の交叉アレイが残る。
【００１７】
すなわち、いくつかの実施形態では、本発明は、回路設計者が任意のデザインのパターン、混合配向を含む任意の配向、様々な線密度、および様々な配向度で半導体ナノ粒子を基板上に堆積させることを可能にする。
【００１８】
いくつかの実施形態では、電子デバイスの製造中に半導体ナノ粒子を配列および／またはパターン形成するこれらの方法は、この電子デバイスの製造における導体粒子の配列および／またはパターン形成にも用いられる。いくつかの実施形態では、電子デバイスの製造中に半導体ナノ粒子を配列および／またはパターン形成するこれらの方法は、この電子デバイスの製造における非導電性すなわち絶縁粒子の配列および／またはパターン形成にも用いられる。
【００１９】
本発明は、電子デバイスの製造に役立つ。
【００２０】
本発明の目的および利点は、下記の実施例によってさらに例示されるが、これらの実施例において列挙された特別な材料およびその量は、他の諸条件および詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈すべきではない。
【実施例】
【００２１】
他に断りのない限り、全ての試薬はウィスコンシン州、ミルウォーキーのアルドリッチ・ケミカル株式会社（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から得られた、または入手可能であり、または既知の方法によって合成してもよい。
【００２２】
予備実施例１：化合物Ａ、１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］硫酸水素ピリジニウム（ネマチックトリアジン誘導体）の調製
１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］硫酸水素ピリジニウムを、米国特許第５，９４８，４８７号明細書（サホアニ（Ｓａｈｏｕａｎｉ）ら）の化合物Ａ（ネマチック・トリアジン誘導体）調製の実施例１に記載のように以下のように調製した。
【００２３】
温度計、メカニカルスターラーおよび冷却器を装備した５００ｍＬの三つ口丸底フラスコに、無水ピリジン１１７ｍＬを加えた。この混合物を７０℃に加熱し、４，４’−［（６−クロロ−１，３，５−トリアジン−２，４−ジイル）ジイミノ］ビス−安息香酸３９ｇを加えて不均質な混合物を得た。温度を徐々に８５℃まで上昇させて、懸濁液を激しく撹拌しつつ１時間加熱した。混合物を１５℃まで冷却し、また、固形分を吸引ろ過によって収集し、ピリジンで洗浄し、室温で一昼夜気乾して黄色固体４７．６９ｇを得た。
【００２４】
この固体の試料４．４４ｇを、３０％水酸化アンモニウム溶液１．６２ｍＬを含有する水１１５ｍＬの中に溶解させた。この混合物を１０分間撹拌しろ過して少量の固形分を除去した。このろ液を、機械的な撹拌器とｐＨ計を装備した２５０ｍＬの三つ口丸底フラスコに移した。
【００２５】
４重量％の硫酸水溶液をｐＨが約３．５に到達するまでゆっくり滴下した。固形分を吸引ろ過によって収集し、水１００ｍＬの中で撹拌し、ろ過によって収集した。その後、固形分をアセトン２００ｍＬの中で５６℃まで加熱し、収集し、気乾した。
【００２６】
得られた化合物をＮＭＲ分析した。分析結果は１−［４，６−ジ（４−カルボキシアニリノ）−１，３，５−トリアジン−２−イル］硫酸水素ピリジニウムを示したが、この化合物を以後ネマチック化合物Ａと呼ぶ。
【００２７】
予備実施例２：基板／光−熱変換／層間（ＬＴＨＣＩ）膜の調製
カーボン・ブラックの光−熱変換層を、米国特許第６，１１４，０８８号明細書（ウォルク（Ｗｏｌｋ））に記載のように、たとえば、康井精機の実験用コータ、モデルＣＡＧ−１５０（株式会社康井精機（Ｙａｓｕｉ  Ｓｅｉｋｉ  Ｃｏ．，）、インディアナ州、ブルーミントン（Ｂｌｏｏｍｉｎｇｔｏｎ，ＩＮ））で、線センチメートルあたり３８１のら旋セル（線インチあたり１５０のら旋セル）のマイクログラビア・ロールを用いて、表１に記載の以下のＬＴＨＣ被覆溶液を０．１ｍｍのＰＥＴ基板上に被覆することによって調製した。
【００２８】
【表１】
2008506547.tif 000002
【００２９】
塗膜を、４０℃でインライン乾燥し、Ｈバルブが装備された紫外線硬化システム、フュージョン・システムズ、モデルＩ６００（４００Ｗ／インチ）（フュージョンＵＶシステムズ社、メリーランド州、ゲイサーズバーグ（Ｆｕｓｉｏｎ  ＳＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ，ＭＤ））を用いて６．１ｍ／分で紫外線硬化させた。この乾燥塗膜の厚さは約３ミクロンであった。
【００３０】
光−熱変換層のカーボン・ブラック塗膜上に、康井精機の実験用コータ、モデルＣＡＧ−１５０（株式会社康井精機（Ｙａｓｕｉ  Ｓｅｉｋｉ  Ｃｏ．，）、インディアナ州、ブルーミントン）を用いて表２に記載の層間コーティング溶液を輪転グラビア被覆した。この塗膜を、４０℃でインライン乾燥し、Ｈバルブが装備された紫外線硬化システム、フュージョン・システムズ、モデルＩ６００（６００Ｗ／インチ）を用いて６．１ｍ／分で紫外線硬化させた。得られた層間塗膜の厚さは約１．７ミクロンであった。
【００３１】
【表２】
2008506547.tif 000003
【００３２】
実施例１：酸化亜鉛ナノワイヤの配列
純水４ｇに、下記の、３０％水酸化アンモニア水溶液０．１３ｇ、１０％アルキルグルコシド（フィッツ・ケム社（Ｆｉｔｚ  Ｃｈｅｍ  Ｃｏｒｐ）、イリノイ州、アイタスカ（Ｉｔａｓｃａ，ＩＬ）ＡＰＧ３２５として）水溶液０．１２ｇ、および予備実施例１からのネマチック化合物Ａ０．５ｇを順次加えて溶液を作製した。この溶液を１時間撹拌した。酸化亜鉛ナノワイヤ（ナノラボ（Ｎａｎｏｌａｂ）社、マサチューセッツ州、ニュートン（Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ））（直径：２０〜７０ｎｍ、長さ：３〜１０ミクロン）を加え、この混合物を、磁気撹拌棒を介して約１時間撹拌した。
【００３３】
この混合物を高分子基板上に載せ、６インチ長の間隔で０．５ミルの乾燥前膜厚のフィルム・アプリケータ（メリーランド州、コロンビアのドイツビックガードナー社（ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ，Ｃｏｌｕｍｂｉａ，ＭＤ）から入手可能なバード（Ｂｉｒｄ）フィルム・アプリケータ）を静止状態に保持し、その下で４インチ幅の高分子膜を約５０ｃｍ／秒の速度で手動により引くことによって、この混合物を約０．３ｍＬ塗布した。このバード・フィルム・アプリケータの両端にシムを入れて高分子膜表面とこのフィルム・アプリケータとの間に４〜８μｍの間隔が存在するようにした。使用した特別な基板高分子は、シリカが下塗りされたポリ（エチレンテトラフタレート）であり、ＰＥＴとしても知られている。
【００３４】
塗布後、この塗膜層を乾燥させて高分子基板層上にナノワイヤ含有のマトリックス層を形成した。この塗膜層は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で画像化される。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で画像化するために、このマトリックスは反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）で除去される。マトリックス膜中のナノワイヤの少量の試料が切除されてテクニクス（Ｔｅｃｈｎｉｃｓ）社、マイクロＲＩＥシリーズ８０、反応性イオン・エッチング装置に入れられる。この塗膜は１５０Ｗの酸素プラズマ中で５分間処理される。
【００３５】
実施例２：配列された酸化亜鉛ナノワイヤの転写
実施例１に記載された酸化亜鉛ナノワイヤ含有混合物が、実施例１に記載の方法でバード・フィルム・アプリケータを用いて、基板／光−熱変換／層間膜（予備実施例２の）上に塗布されて、ナノワイヤ含有の光誘起熱画像法（ＬＩＴＩ）ドナーシートが作製される。次いで、このドナーシートは、被覆側を下に５ｃｍ×５ｃｍのガラス基板の上面に載置される。次いで、たとえば、米国特許第６，１１４，０８８号明細書（ウォルク（Ｗｏｌｋ））に記載のようなＣＷ  Ｎｄ：ＹＡＧレーザからのような集束されたレーザ・ビームを用いて、レーザ誘起熱転写が実施され、その結果、ガラス基板がパターン形成される。次いで、ＲＩＥを用いてマトリックスがエッチング除去され、その結果得られるナノワイヤのパターンがＳＥＭを用いて画像化される。
【００３６】
実施例３：金ナノロッドの配列
金ナノロッドの水分散液を、Ｔ．Ｋ．ソー（Ｓａｕ）およびＣ．Ｊ．マーフィー（Ｍｕｒｐｈｙ）ラングミュア（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）（２００４年、第２０巻、６４１４頁）の開発した方法に従って、先ず、金ナノ粒子の種結晶を調製し、次に、この種結晶を金ナノ粒子ロッド中に成長させることによって作製した。超純水中で０．０１ＭのＨＡｕＣｌ4（アルドリッチ）原液を作製した。この溶液は、透明な黄色であった。臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ、アルドリッチ）２．０８ｇを超純水６０ｍＬ中に溶解させて、０．１Ｍの臭化セチルトリメチルアンモニウム溶液を調製した。ＣＴＡＢの全てを完全に溶解させるにはこの溶液を徐々に暖める必要があった。このＣＴＡＢ溶液は無色透明であった。金ナノ粒子種結晶は、ＨＡｕＣｌ4原液０．２５０ｍＬとＣＴＡＢ原液７．５ｍＬとを混合し約３０秒間ボルテックスして調製した。得られた混合物は透明なオレンジ色であった。次いで、０．０１Ｍの水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4、アルドリッチ）溶液０．６００ｍＬを加えた。このＮａＢＨ4は、使用直前に調製し、約２〜３分間氷浴中で冷やした。混合は、この溶液を３０秒間ボルテックスして、３０秒待機させ、次いで再度３０秒間ボルテックスすることによって行った（ミニ・ボルテックス撹拌器（Ｍｉｎｉ  Ｖｏｒｔｅｘｔｅｒ）ＭＶ−１、ＶＷＲサイエンティフィック（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ））。この混合物は、ＮａＢＨ4を加えると直ぐにえび茶色に変化する。金ナノロッドは、ＨＡｕＣｌ4原液２ｍＬとＣＴＡＢ原液５０ｍＬとを混合させることによって調製する。アスコルビン酸（アルドリッチ）５．６４ｍｇをこの溶液に加えた。アスコルビン酸を添加するとこの溶液は無色透明になる。最後に、金ナノ粒子の種結晶０．０８３３ｍＬを加え、その後、３０秒間ボルテックスした。次いで、この溶液を約３時間の間そのままにした。この反応の間にこの溶液は透明から紫色に変わった。ＣＴＡＢが高濃度であるので、界面活性剤が一昼夜溶液から析出した。この工程は、この溶液を４℃で２〜３時間の間保管することによって加速された。得られた溶液および析出物を洗浄、ろ過して、透明で紫色の溶液が得られた。
【００３７】
その後、この金ナノロッド分散物２ｇに、３０％水酸化アンモニウム水溶液６０μＬ、１０％ＡＰＧ３２５水溶液６０μＬ、およびネマチック化合物Ａ０．２５ｇを順次加えてマトリックス分散物を形成した。このマトリックス分散物を、磁気撹拌棒を介して少なくとも１時間の間撹拌した。
【００３８】
このマトリックス分散物の金ナノロッドを、実施例１に記載の方式で、シリカで下塗りされたＰＥＴ上に被覆した。
【００３９】
実施例４：配列された金ナノロッドの転写
実施例３に記載の金ナノロッド・マトリックス分散物と予備実施例２に記載のＬＴＨＣＩ膜とを用い、実施例１に記載の方法に従ってＬＴＨＣＩ膜上に金ナノロッド・マトリックス分散物を被覆することによってＬＩＴＩドナーシートを調製する。この金ナノロッド・マトリックス層を、実施例２に記載の方式に従って転写する。次いで、ＲＩＥを用いてこのマトリックスをエッチング除去し、得られるナノワイヤのパターンをＳＥＭを用いて画像化する。
【００４０】
実施例５：鉄オキシ水酸化物ナノロッドの配列
鉄オキシ水酸化物ナノロッドの懸濁液を、窒素を３０分間泡立たせて溶解酸素を除去した蒸留水１Ｌ中に、ＦｅＣｌ2・４Ｈ2Ｏの未酸化結晶９．９ｇを溶解させることによって作製した。この溶液を広口２Ｌビン中に保持した。１１０ｍＬの１Ｍ重炭酸ナトリウムを加え、窒素パージガスを、３０〜４０ｍＬ／分の流速で混合物中にわたって泡立たせた空気によって置換した。この混合物を絶えず撹拌した。酸化は４８時間以内に終了し、その間に、懸濁液の色が緑青色から黄土色に変わった。酸化中のｐＨは、重炭酸ナトリウム緩衝剤によって約７に自己制御した。４８時間後に、この懸濁液を遠心分離機にかけて鉄オキシ水酸化物ナノロッドの乾燥前ケーキを作製した。この工程を乾燥前ケーキが５０ｇ得られるまで繰り返した。
【００４１】
このケーキ約５０ｇを、沈殿させ、先ず、濃縮水酸化アンモニウム２０ｍＬを脱イオン水９８０ｍＬに加えて調製した水酸化アンモニウム溶液１Ｌでデカンテーションすることによって洗浄した。次いで、この生成物を脱イオン水１Ｌで２回洗浄した。最終的な沈殿（１週間以上）の後、デカンテーションによって上澄み液を分離し、残分を撹拌して粒子を再懸濁させた。ポリアクリル酸アンモニウム６．７％（ポリアクリル酸当量での重量％）溶液を、ポリアクリル酸溶液（分子量：２５０，０００、アルドリッチ社、ウィスコンシン州、ミルウォーキー）に濃縮水酸化アンモニウムをｐＨが９になるまで加え、６．７％のポリアクリル酸まで希釈することによって調製した。この溶液約４ｇを、ＩＫＡワークス（Ｗｏｒｋｓ）株式会社製Ｔ１８ミキサー（ＩＫＡワークス株式会社、ノースカロライナ州、ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ））を用いて鉄オキシ水酸化物ナノロッドの洗浄した分散物を極めて急速に撹拌させつつ、この分散物３００ｇに加えた。この添加の後で、得られた分散物を、ソニックスＶＣＸバイブラセル（Ｓｏｎｉｃｓ  ＶＣＸ  Ｖｉｂｒａｃｅｌｌ）超音波液体処理装置（ソニックス・アンド・マテリアルズ（Ｓｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）株式会社、コネチカット州、ニュートン（Ｎｅｗｔｏｎ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ））を用いて超音波エネルギーで処理してこれらの粒子をさらに分散させた。
【００４２】
上記の分散物２ｇを、予備実施例１のネマチック化合物Ａ０．２５ｇに加える。３０％水酸化アンモニウム水溶液６０μＬを加え、その後１０％のＡＰＧ３２５水溶液６０μＬを加える。この鉄オキシ水酸化物ナノロッド・マトリックス分散物を、磁気撹拌棒を介して少なくとも１時間の間撹拌する。次いで、これを、実施例１に記載の方式でシリカが下塗りされたＰＥＴ上に被覆する。
【００４３】
実施例６：配列された鉄オキシ水酸化物ナノロッドの転写
実施例５に記載の鉄オキシ水酸化物ナノロッド・マトリックス分散物と、実施例２に記載のＬＩＴＩドナーシートとを用いて、このＬＩＴＩドナーシートを、実施例１に記載の方法に従って、鉄オキシ水酸化物ナノロッド・マトリックス分散物で被覆する。この鉄オキシ水酸化物ナノロッド・マトリックス層を、実施例２に記載の方法に従って転写する。マトリックスを、次いで、ＲＩＥを用いてエッチング除去し、得られるナノワイヤのパターンをＳＥＭを用いて画像化する。
【００４４】
本発明の様々な修正および変更は、本発明の範囲および原理から逸脱することなく当業者には明白であり、また、本発明は、上記で説明した例示的な実施形態に過度に限定して理解すべきではない。
【国際調査報告】
2008506547.tif 000004
2008506547.tif 000005