(57)【要約】ナノワイヤを貯蔵および輸送するための方法および製造物品が開示される。1つの開示された方法は、(a)液体中に懸濁させたナノワイヤを含むナノワイヤ懸濁液を提供する段階；および(b)ナノワイヤ懸濁液を貯蔵および輸送用の容器内に配置する段階を含み、ここで該容器は、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの凝集を抑制するように構成されている。2015527259.tif 000011
2015527259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に懸濁させたナノワイヤを含むナノワイヤ懸濁液を提供する段階；および
ナノワイヤ懸濁液を貯蔵用の容器内に配置する段階
を含む、ナノワイヤを貯蔵する方法であって、該容器が、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの凝集を抑制するように構成されている、方法。
【請求項２】
前記容器のヘッドスペースがナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記容器の壁がナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記容器の壁が前記液体による濡れに抵抗性である、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記容器の壁がフッ素化ポリマーから形成されているか、またはフッ素化ポリマーでコーティングされている、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
フッ素化ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、およびエチレンテトラフルオロエチレンから選択される、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記容器のヘッドスペースがナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさであり、かつ
前記容器の壁が該液体による濡れに抵抗性である、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記容器の壁がフッ素化ポリマーから形成されているか、またはフッ素化ポリマーでコーティングされている、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
フッ素化ポリマーがフッ素化エチレンプロピレンである、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記容器が、該容器の内部断面に適合するような大きさおよび形状の可動プランジャを含み、かつナノワイヤ懸濁液を該容器内に配置する段階が、可動プランジャと該容器の開口部との間の容積にナノワイヤ懸濁液を閉じ込めることを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記容器の壁が前記液体による濡れに抵抗性である、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
ナノワイヤ懸濁液を前記容器内に配置する段階が、ナノワイヤ懸濁液中のナノワイヤの合成に続いて行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
液体中に懸濁させたナノワイヤを含むナノワイヤ懸濁液を提供する段階；および
ナノワイヤ懸濁液を貯蔵用の容器内に配置する段階
を含む、ナノワイヤを貯蔵する方法であって、該容器の壁が、(1)ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である、および(2)該液体による濡れに抵抗性である、のうちの少なくとも1つである、方法。
【請求項１４】
前記容器の壁がフッ素化ポリマーから形成されているか、またはフッ素化ポリマーでコーティングされている、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
フッ素化ポリマーがフッ素化エチレンプロピレンである、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記容器のヘッドスペースがナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである、請求項13に記載の方法。
【請求項１７】
貯蔵容器；および
貯蔵容器内に配置されたナノワイヤ懸濁液
を含む製造物品であって、ナノワイヤ懸濁液が、液体中に懸濁させたナノワイヤを含み、貯蔵容器が、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの凝集を抑制するように構成されている、製造物品。
【請求項１８】
貯蔵容器が、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である材料から形成された、または該材料でコーティングされた壁を含む、請求項17に記載の製造物品。
【請求項１９】
貯蔵容器が、前記液体による濡れに抵抗性である材料から形成された、または該材料でコーティングされた壁を含む、請求項17に記載の製造物品。
【請求項２０】
貯蔵容器が、フッ素化ポリマーから形成された、またはフッ素化ポリマーでコーティングされた壁を含む、請求項17に記載の製造物品。
【請求項２１】
フッ素化ポリマーがフッ素化エチレンプロピレンである、請求項20に記載の製造物品。
【請求項２２】
貯蔵容器のヘッドスペースがナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである、請求項20に記載の製造物品。
【請求項２３】
貯蔵容器が調整可能なヘッドスペースを有して構成されている、請求項17に記載の製造物品。
【請求項２４】
貯蔵容器が、貯蔵容器の内部断面に適合するような大きさおよび形状の可動プランジャを含み、かつナノワイヤ懸濁液が可動プランジャと貯蔵容器の開口部との間の容積に閉じ込められる、請求項23に記載の製造物品。
【請求項２５】
貯蔵容器が、フッ素化ポリマーから形成された、またはフッ素化ポリマーでコーティングされた壁を含む、請求項24に記載の製造物品。
【請求項２６】
貯蔵容器；および
貯蔵容器内に配置されたナノワイヤ懸濁液
を含む製造物品であって、ナノワイヤ懸濁液が、液体中に懸濁させたナノワイヤを含み、貯蔵容器が、(1)ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である、および(2)該液体による濡れに抵抗性である、のうちの少なくとも1つである材料から形成された、または該材料でコーティングされた壁を含む、製造物品。
【請求項２７】
貯蔵容器の壁が、フッ素化ポリマーから形成されているか、またはフッ素化ポリマーでコーティングされている、請求項26に記載の製造物品。
【請求項２８】
フッ素化ポリマーがフッ素化エチレンプロピレンである、請求項27に記載の製造物品。
【請求項２９】
貯蔵容器のヘッドスペースがナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである、請求項26に記載の製造物品。
【請求項３０】
貯蔵容器が調整可能なヘッドスペースを有して構成されている、請求項26に記載の製造物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその開示内容の全体が本明細書に組み入れられる、2012年6月18日に出願された米国仮特許出願第61/660,940号の恩典を主張するものである。
【０００２】
発明の分野
本発明は、概してナノワイヤに関する。より具体的には、本発明は、ナノワイヤ懸濁液における凝集体の低減に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
ナノ構造体は、それらの類似するバルク材料と著しく異なる場合がある。特に、ナノワイヤを合成してそれらの特性をさまざまな用途に利用するための努力が行われてきた。
【０００４】
ナノワイヤを合成するための2つの基本的なアプローチとして、トップダウンおよびボトムアップが存在する。トップダウンのアプローチでは、大きな材料片が、リソグラフィおよび電気泳動などの技術によって小片にまで縮小される。ボトムアップのアプローチでは、ナノワイヤが構成原子の連結により合成される。合成技術の多くは、ボトムアップのアプローチに基づいている。
【０００５】
1つの特定のボトムアップアプローチは、溶液合成と呼ばれる。溶液合成では、溶媒と、ナノワイヤを形成する材料を含む試薬と、鋳型剤とを含む反応混合物からナノワイヤを成長させることができる。反応混合物が加熱されると、鋳型剤は、ナノワイヤ種結晶の横方向の結晶面に結合し、それによって横方向の結晶面に対して実質的に垂直である縦方向に沿って優先的に成長を誘導することができる。
【０００６】
ひとたびナノワイヤを合成したら、ナノワイヤを溶媒中に懸濁させ、得られた懸濁液を貯蔵および輸送用の容器に移すことができる。
【０００７】
このような背景の下で、本明細書に記載の態様を開発する必要が生じた。
【発明の概要】
【０００８】
概要
本開示の一局面は、ナノワイヤを貯蔵する方法に関する。一態様において、この方法は、(a)液体中に懸濁させたナノワイヤを含むナノワイヤ懸濁液を提供する段階；および(b)ナノワイヤ懸濁液を貯蔵用の容器内に配置する段階を含み、ここで該容器は、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの凝集を抑制するように構成されている。
【０００９】
いくつかの実施形態では、容器のヘッドスペースは、ナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである。いくつかの実施形態では、容器の壁は、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である。いくつかの実施形態では、容器の壁は、前記液体による濡れに抵抗性である。いくつかの実施形態では、容器の壁は、フッ素化ポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、およびエチレンテトラフルオロエチレンから選択されるフッ素化ポリマーから形成されているか、または該フッ素化ポリマーでコーティングされている。いくつかの実施形態では、ナノワイヤ懸濁液を容器内に配置する段階は、ナノワイヤ懸濁液中のナノワイヤの合成に続いて行われる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、容器のヘッドスペースは、ナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさであり、かつ容器の壁は該液体による濡れに抵抗性である。いくつかの実施形態では、容器の壁はフッ素化エチレンプロピレンなどのフッ素化ポリマーから形成されるか、または該フッ素化ポリマーでコーティングされ得る。
【００１１】
いくつかの実施形態では、容器は、その容器の内部断面に適合するような大きさおよび形状の可動プランジャを含み、ナノワイヤ懸濁液を容器内に配置する段階は、可動プランジャと容器の開口部との間の容積にナノワイヤ懸濁液を閉じ込めることを含む。そのような実施形態では、容器の壁は前記液体による濡れに抵抗性であり得る。
【００１２】
いくつかの実施形態では、容器のヘッドスペースは、容器の全内部容積に対するヘッドスペースの容積の比率が10％以下、例えば、5％以下、4％以下、3％以下、2％以下、または1％以下であるような大きさである。
【００１３】
いくつかの実施形態では、容器の壁は前記液体による濡れに抵抗性であり、かつ該壁は該液体と接触角を成し、その接触角は90°以上、例えば、95°以上、100°以上、105°以上、110°以上、115°以上、120°以上、125°以上、130°以上、135°以上、140°以上、145°以上、または150°以上である。
【００１４】
いくつかの実施形態では、容器内に貯蔵されたナノワイヤ懸濁液の貯蔵寿命は、少なくとも14日、例えば、少なくとも30日、少なくとも60日、少なくとも90日、少なくとも120日、少なくとも150日、少なくとも180日、または少なくとも365日である。
【００１５】
別の態様では、前記方法は、(a)液体中に懸濁させたナノワイヤを含むナノワイヤ懸濁液を提供する段階；および(b)ナノワイヤ懸濁液を貯蔵用の容器内に配置する段階を含み、ここで該容器の壁は、(1)ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である、および(2)該液体による濡れに抵抗性である、のうちの少なくとも1つである。
【００１６】
いくつかの実施形態では、容器の壁はフッ素化エチレンプロピレンなどのフッ素化ポリマーから形成されているか、または該フッ素化ポリマーでコーティングされている。いくつかの実施形態では、容器のヘッドスペースは、ナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである。
【００１７】
本開示の別の局面は、製造物品に関する。一態様では、製造物品は、(a)貯蔵容器、および(b)貯蔵容器内に配置されたナノワイヤ懸濁液を含み、ここでナノワイヤ懸濁液は液体中に懸濁させたナノワイヤを含み、貯蔵容器はナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの凝集を抑制するように構成されている。
【００１８】
いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である材料から形成された、または該材料でコーティングされた壁を含む。いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、前記液体による濡れに抵抗性である材料から形成された、または該材料でコーティングされた壁を含む。いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、フッ素化エチレンプロピレンなどのフッ素化ポリマーから形成された、または該フッ素化ポリマーでコーティングされた壁を含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、貯蔵容器のヘッドスペースは、ナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである。いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、調整可能なヘッドスペースを有して構成されている。いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、その貯蔵容器の内部断面に適合するような大きさおよび形状の可動プランジャを含み、ナノワイヤ懸濁液は可動プランジャと貯蔵容器の開口部との間の容積に閉じ込められる。そのような実施形態では、貯蔵容器は、フッ素化ポリマーから形成された、またはフッ素化ポリマーでコーティングされた壁を含むことができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、貯蔵容器のヘッドスペースは、貯蔵容器の全内部容積に対するヘッドスペースの容積の比率が10％以下、例えば、5％以下、4％以下、3％以下、2％以下、または1％以下であるような大きさである。
【００２１】
いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、前記液体による濡れに抵抗性である壁を含み、該壁は該液体と接触角を成し、その接触角は90°以上、例えば、95°以上、100°以上、105°以上、110°以上、115°以上、120°以上、125°以上、130°以上、135°以上、140°以上、145°以上、または150°以上である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、貯蔵容器内に配置されたナノワイヤ懸濁液の貯蔵寿命は、少なくとも14日、例えば、少なくとも30日、少なくとも60日、少なくとも90日、少なくとも120日、少なくとも150日、少なくとも180日、または少なくとも365日である。
【００２３】
別の態様では、製造物品は、(a)貯蔵容器、および(b)貯蔵容器内に配置されたナノワイヤ懸濁液を含み、ここでナノワイヤ懸濁液は液体中に懸濁させたナノワイヤを含み、貯蔵容器は、(1)ナノワイヤ懸濁液からのナノワイヤの付着に抵抗性である、および(2)該液体による濡れに抵抗性である、のうちの少なくとも1つである材料から形成された、または該材料でコーティングされた壁を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、貯蔵容器の壁は、フッ素化エチレンプロピレンなどのフッ素化ポリマーから形成されているか、または該フッ素化ポリマーでコーティングされている。いくつかの実施形態では、貯蔵容器のヘッドスペースは、ナノワイヤ懸濁液からの前記液体の蒸発を抑制するような大きさである。いくつかの実施形態では、貯蔵容器は、調整可能なヘッドスペースを有して構成されている。
【００２５】
本開示の他の局面および態様も企図される。前述の概要および後述の詳細な説明は、本発明を特定の態様に限定するものではなく、単に本発明のいくつかの態様を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本開示のいくつかの態様の本質および目的をさらに理解するために、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照すべきである。
【図１】図1(a)は、容器内に貯蔵されたナノワイヤの凝集の問題を示し、図1(b)は、本開示の態様に従ってその問題を解決するための方策を示す。
【図２】本開示の態様に従う、固体表面と、該表面上に配置された所定の液体の液滴との間の接触角を示す。
【図３】本開示の態様に従う、内壁面の濡れ性を調整することから生じる液体メニスカスの異なる形状を示す。
【図４】本開示の態様に従う、内壁面へのナノワイヤの付着の異なる程度を示す。
【図５】本開示の態様に従う、容器内に貯蔵されたナノワイヤの凝集の問題のさらなる解決策を示す。
【図６】本開示のいくつかの局面に関連する評価結果を示す画像である。
【図７】本開示のいくつかの局面に関連する評価結果を示す画像である。
【図８】本開示のいくつかの局面に関連する評価結果を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
詳細な説明
定義
以下の定義は、本開示のいくつかの態様に関して説明される局面のいくつかに適用される。これらの定義は本明細書において拡張することもできる。
【００２８】
本明細書で使用する「a」、「an」および「the」なる単数形の用語は、文脈が明らかに他を指示しない限り、複数形の指示対象を含む。したがって、例えば、1つの物体への言及は、文脈が明らかに他を指示しない限り、複数の物体を含むことができる。
【００２９】
本明細書で使用する「セット」なる用語は、1つ以上の物体の集合を指す。したがって、例えば、物体のセットは、単一の物体または複数の物体を含むことができる。あるセットに属する物体はまた、そのセットのメンバーと呼ぶこともできる。あるセットに属する物体は同じでも異なってもよい。場合によっては、あるセットに属する物体は、1つ以上の共通の特性を共有することができる。
【００３０】
本明細書で使用する「近接する」なる用語は、近くにあるまたは隣接することを指す。近接する物体は、互いに離間していてもよいし、または互いと実際にもしくは直接接触していてもよい。場合によっては、近接する物体は、互いに接続されてもよいし、または互いと一体形成されてもよい。
【００３１】
本明細書で使用する「実質的に」および「約」なる用語は、わずかなばらつきを記載し説明するために使用される。事象または状況に関連して使用される場合、これらの用語は、その事象または状況が正確に起こる事例、およびその事象または状況が近似的に起こる事例を指すことができる。例えば、これらの用語は、±10％以下、例えば、±5％以下、±4％以下、±3％以下、±2％以下、±1％以下、±0.5％以下、±0.1％以下、または±0.05％以下を指すことができる。
【００３２】
本明細書で使用する「任意の」および「任意で」なる用語は、続いて記載される事象または状況が起こっても起こらなくてもよいことを意味し、その記載は事象または状況が起こる事例とそれが起こらない事例を含むことを意味する。
【００３３】
本明細書で使用する「付着」、「付着する」および「付着している」なる用語は、表面上への物体のセットの沈着、表面への物体のセットの結合、表面上での物体のセットの吸収、表面上での物体のセットの吸着、または物体のセットが表面と接触すること、もしくは表面に隣接することを包含する。
【００３４】
本明細書で使用する「ナノメートル範囲」または「nm範囲」なる用語は、約1nmから約1マイクロメートル(μm)までの寸法範囲を指す。nm範囲には、約1nm〜約10nmの寸法範囲を指す「下位nm範囲」、約10nm〜約100nmの寸法範囲を指す「中間nm範囲」、および約100nm〜約1μmの寸法範囲を指す「上位nm範囲」が含まれる。
【００３５】
本明細書で使用する「マイクロメートル範囲」または「μm範囲」なる用語は、約1μmから約1ミリメートル(mm)までの寸法範囲を指す。μm範囲には、約1μm〜約10μmの寸法範囲を指す「下位μm範囲」、約10μm〜約100μmの寸法範囲を指す「中間μm範囲」、および約100μm〜約1mmの寸法範囲を指す「上位μm範囲」が含まれる。
【００３６】
本明細書で使用する「ナノ構造体」なる用語は、少なくとも1つの寸法がナノメートル範囲である物体を指す。ナノ構造体は、多種多様な形状のいずれかを有し、多種多様な材料から形成することができる。ナノ構造体の例としては、ナノワイヤ、ナノチューブ、およびナノ粒子が挙げられる。
【００３７】
本明細書で使用する「ナノワイヤ」なる用語は、実質的に中実である細長いナノ構造体を指す。典型的には、ナノワイヤは、nm範囲である横寸法(例えば、幅、直径、または直交方向全体の平均を表す幅もしくは直径の形式の断面寸法)、μm範囲である縦寸法(例えば、長さ)、および約3以上であるアスペクト比を有する。
【００３８】
本明細書で使用する「ナノチューブ」なる用語は、細長い中空のナノ構造体を指す。典型的には、ナノチューブは、nm範囲である横寸法(例えば、幅、外径、または直交方向全体の平均を表す幅もしくは外径の形式の断面寸法)、μm範囲である縦寸法(例えば、長さ)、および約3以上であるアスペクト比を有する。
【００３９】
本明細書で使用する「ナノ粒子」なる用語は、球状のナノ構造体を指す。典型的には、ナノ粒子の各寸法(例えば、幅、直径、または直交方向全体の平均を表す幅もしくは直径の形式の断面寸法)はnm範囲であり、ナノ粒子は約3未満、例えば約1のアスペクト比を有する。
【００４０】
本明細書で使用する「マイクロ構造体」なる用語は、少なくとも1つの寸法がμm範囲である物体を指す。典型的には、マイクロ構造体の各寸法は、μm範囲であるか、またはμm範囲より大きい。マイクロ構造体は、多種多様な形状のいずれかを有し、多種多様な材料から形成することができる。マイクロ構造体の例としては、マイクロワイヤ、マイクロチューブ、またはマイクロ粒子が挙げられる。
【００４１】
本明細書で使用する「マイクロワイヤ」なる用語は、実質的に中実である細長いマイクロ構造体を指す。典型的には、マイクロワイヤは、μm範囲である横寸法(例えば、幅、直径、または直交方向全体の平均を表す幅もしくは直径の形式の断面寸法)、および約3以上であるアスペクト比を有する。
【００４２】
本明細書で使用する「マイクロチューブ」なる用語は、細長い中空のマイクロ構造体を指す。典型的には、マイクロチューブは、μm範囲である横寸法(例えば、幅、外径、または直交方向全体の平均を表す幅もしくは外径の形式の断面寸法)、および約3以上であるアスペクト比を有する。
【００４３】
本明細書で使用する「マイクロ粒子」なる用語は、球状のマイクロ構造体を指す。典型的には、マイクロ粒子の各寸法(例えば、幅、直径、または直交方向全体の平均を表す幅もしくは直径の形式の断面寸法)はμm範囲であり、マイクロ粒子は約3未満、例えば約1のアスペクト比を有する。
【００４４】
ナノワイヤの貯蔵
本開示の態様は、ナノ構造体の凝集体の形成を低減または抑制しながら、ナノ構造体を貯蔵することに関する。ナノ構造体の例としてはナノワイヤが挙げられ、これは、以下を含むさまざまな材料から形成することができる：金属(例えば、銀(すなわちAg)、ニッケル(すなわちNi)、白金(すなわちPt)、銅(すなわちCu)、および金(すなわちAu))、半導体(例えば、シリコン(すなわちSi)、リン化インジウム(すなわちInP)、窒化ガリウム(すなわちGaN))、任意でドープされた透明な導電性酸化物およびカルコゲニド(例えば、任意でドープされた透明な金属酸化物およびカルコゲニド)、導電性ポリマー(例えば、ポリアニリン、ポリ(アセチレン)、ポリ(ピロール)、ポリ(チオフェン)、ポリ(p-フェニレンスルフィド)、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリ(3-アルキルチオフェン)、ポリインドール、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリ(フルオレン)、ポリナフタレン、メラニン、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(すなわちPEDOT)、ポリ(スチレンスルホン酸塩)(すなわちPSS)、PEDOT-PSS、PEDOT-ポリメタクリル酸、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、ポリ(3-オクチルチオフェン)、ポリ(C-61-酪酸メチルエステル)、およびポリ[2-メトキシ-5-(2'-エチル-ヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン])、絶縁体(例えば、シリカ(Si02)およびチタニア(すなわちTi02))、ならびにこれらの任意の組み合わせ。ナノワイヤは、コア-シェル構造またはコア-多重シェル構造をもつことができる。
【００４５】
特定の態様はナノワイヤに関連して説明されるが、追加の態様は、他のタイプのナノ構造体、例えば、約3以上のアスペクト比を有する一般的に細長い他のタイプのナノ構造体の貯蔵のために実施され得る。さらなる態様は、マイクロ構造体、例えば、約3以上のアスペクト比を有する一般的に細長いマイクロ構造体の貯蔵のために実施され得る。
【００４６】
いくつかの態様では、ナノワイヤは溶液合成反応に従って形成される。溶液合成反応では、溶媒と、ナノワイヤを形成する材料を含む試薬と、鋳型剤とを含む反応混合物からナノワイヤを成長させることができる。反応混合物が加熱されると、鋳型剤(例えば、キャッピング剤)は、ナノワイヤ種結晶の横方向の結晶面に結合して、横方向での成長を妨げ、それによって、横方向の結晶面に対して実質的に垂直である縦方向に沿って優先的に成長を誘導することができる。溶液合成反応の一例は、金属ナノワイヤを生成するためのポリオールプロセスと呼ばれることがあり、この場合にはキャッピング剤が5重双晶結晶種構造の{1 0 0}面に結合して、{1 1 1}面での成長を可能にすることができる。溶液合成反応の他のタイプは、本開示によって包含される。加えて、エレクトロスピニングに従って形成されたナノワイヤは、本開示によって包含される。
【００４７】
金属ナノワイヤの場合には、適当な金属含有試薬の例として、以下のような金属塩が挙げられる：硝酸銀(すなわちAgN03)、酢酸銀(すなわち(CH3COO)2Ag)、トリフルオロ酢酸銀(すなわち(CF3COO)2Ag)、リン酸銀(すなわちAg3PO4)、過塩素酸銀(すなわちAgClO4)、過塩素酸金(すなわちAu(ClO4)3)、塩化金酸(すなわちHAuCl4)、塩化パラジウム(II)(すなわちPdCl2)、パラジウムアセチルアセトナート(すなわちPd(C5H7O2)2)、硝酸パラジウム(すなわちPd(NO3)2)、テトラクロロパラジウム(II)酸カリウム(すなわちK2PdCl4)、塩化白金(II)(すなわちPtCl2)、ヘキサクロロ白金酸カリウム(すなわちK2PtCl6)、塩化白金酸(すなわちH2PtCl6)、白金アセチルアセトナート(すなわちPt(C5H7O2)2)、およびこれらの任意の組み合わせ。適切な鋳型剤(時に「キャッピング剤」とも呼ばれる)の例としては、ポリビニルピロリドン、ポリアリールアミド、ポリアクリル酸、およびこれらの任意の組み合わせもしくはコポリマーが挙げられる。適切な溶媒の例には、金属含有試薬、鋳型剤、および任意の他の反応物または添加剤が十分に溶解する極性溶媒が含まれる。加えて、溶媒は、金属含有試薬をその対応する元素金属形態に変換するための還元剤として機能することができる。典型的には、還元性溶媒は分子あたり少なくとも2個のヒドロキシル基を含む。適切な還元性溶媒の例には、ジオール、ポリオール、グリコール、またはこれらの混合物が含まれる。より具体的には、還元性溶媒は、例えば、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、グリセリン、グリセロール、グルコース、またはこれらの任意の組み合わせであり得る。非極性溶媒などの疎水性溶媒の使用も、本開示によって包含される。収量を増加させ、ナノワイヤ形態の均一性を促進するために、以下のような追加の添加剤または反応物を含めることができる：+2価または+3価の酢酸鉄、塩化鉄、鉄アセチルアセトナートを含む鉄塩、塩化ナトリウム(すなわちNaCl)、塩化白金(すなわちPtCl2)、塩化パラジウム(すなわちPdCl2)、第4級アンモニウム塩(例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウム)、および他の塩またはイオン添加剤。
【００４８】
溶液合成反応を実施した後に、反応による未精製生成物を精製することができる。具体的には、合成されたナノワイヤを反応混合物の他の成分から分離し、その後適切な溶媒または他の液体に再分散してナノワイヤ懸濁液を形成することができる。ナノワイヤ懸濁液はまた、コーティング組成物またはインク組成物として調合することが可能である。
【００４９】
適切な再分散溶媒の例には、アルコール、水、炭化水素(例えば、パラフィン、ハロゲン化炭化水素、および脂環式炭化水素)、アルケン、アルキン、ケトン、エーテル、およびこれらの組み合わせが含まれる。例として、ナノワイヤは、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール、水、またはこれらの組み合わせに再分散させることができる。適切な溶媒の他の具体例としては、以下が挙げられる：2-メチルテトラヒドロフラン、塩化炭化水素、フッ化炭化水素、アセトアルデヒド、酢酸、無水酢酸、アセトン、アセトニトリル、アニリン、ベンゼン、ベンゾニトリル、ベンジルアルコール、ベンジルエーテル、ブタノール、ブタノン、酢酸ブチル、ブチルエーテル、ギ酸ブチル、ブチルアルデヒド、酪酸、ブチロニトリル、二硫化炭素、四塩化炭素、クロロベンゼン、クロロブタン、クロロホルム、シクロヘキサン、シクロヘキサノール、シクロペンタノン、シクロペンチルメチルエーテル、ジアセトンアルコール、ジクロロエタン、ジクロロメタン、炭酸ジエチル、ジエチルエーテル、ジエチレングリコール、ジグリム、ジイソプロピルアミン、ジメトキシエタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアミン、ジメチルブタン、ジメチルエーテル、ジメチルホルムアミド、ジメチルペンタン、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、ドデカフルオロ-1-ヘプタノール、エタノール、酢酸エチル、エチルエーテル、ギ酸エチル、プロピオン酸エチル、二塩化エチレン、エチレングリコール、ホルムアミド、ギ酸、グリセリン、ヘプタン、ヘキサフルオロイソプロパノール、ヘキサメチルホスホルアミド、ヘキサメチルホスホラストリアミド、ヘキサン、ヘキサノン、過酸化水素、次亜塩素酸塩、酢酸i-ブチル、i-ブチルアルコール、ギ酸i-ブチル、i-ブチルアミン、i-オクタン、酢酸i-プロピル、i-プロピルエーテル、イソプロパノール、イソプロピルアミン、ケトンペルオキシド、メタノールおよび塩化カルシウム溶液、メトキシエタノール、酢酸メチル、メチルエチルケトン、ギ酸メチル、n-酪酸メチル、メチルn-プロピルケトン、メチルt-ブチルエーテル、塩化メチレン、メチレン、メチルヘキサン、メチルペンタン、鉱油、m-キシレン、n-ブタノール、n-デカン、n-ヘキサン、ニトロベンゼン、ニトロエタン、ニトロメタン、ニトロプロパン、N-メチル-2-ピロリジノン、n-プロパノール、オクタフルオロ-1-ペンタノール、オクタン、ペンタン、ペンタノン、石油エーテル、フェノール、プロパノール、プロピオンアルデヒド、プロピオン酸、プロピオニトリル、酢酸プロピル、プロピルエーテル、ギ酸プロピル、プロピルアミン、p-キシレン、ピリジン、ピロリジン、水酸化ナトリウム、ナトリウム含有溶液、t-ブタノール、t-ブチルアルコール、t-ブチルメチルエーテル、テトラクロロエタン、テトラフルオロプロパノール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロナフタレン、トルエン、トリエチルアミン、トリフルオロ酢酸、トリフルオロエタノール、トリフルオロプロパノール、トリメチルブタン、トリメチルヘキサン、トリメチルペンタン、バレロニトリル、キシレン、キシレノール、ならびに他の類似の化合物または溶液、ならびにこれらの任意の組み合わせ。
【００５０】
より一般的には、再分散溶媒は、水、イオン性溶液もしくはイオン含有溶液、イオン性液体、有機溶媒(例えば、極性有機溶媒、非極性有機溶媒、非プロトン性溶媒、プロトン性溶媒、極性非プロトン性溶媒、または極性プロトン性溶媒)、無機溶媒、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。また、油も適切な溶媒と考えられる。
【００５１】
ナノワイヤを再分散して、適切な溶媒または他の液体中に懸濁させた後、得られたナノワイヤ懸濁液は、取り扱いのため、貯蔵のため、および輸送のための容器に移すことができる。ナノワイヤ懸濁液をガラスまたは他の同様の材料から形成された容器に貯蔵する場合、貯蔵および輸送の間にそのような懸濁液中にナノワイヤの凝集体が形成されがちである。例えば、銀ナノワイヤの場合、銀ナノワイヤの懸濁液を高濃度の銀ナノワイヤ(例えば、＞10mg/mL)で貯蔵した場合、凝集体の形成が特に深刻になる。特定の作用理論に縛られるものではないが、この結果は、少なくとも部分的に、イソプロピルアルコールまたは他の液体中の銀の溶解限度に接近または到達することに起因する可能性がある。さらに、懸濁液中の銀ナノワイヤの濃度が増加するにつれて、ナノワイヤ間の相互作用は懸濁液の流体力学において大きな役割を果たすことがある。ナノメートルスケールの物体については、溶媒分子とのランダムな衝突(時に、ブラウンゆらぎ力(Brownian Fluctuating Force)と呼ばれる)が考慮され得る。過密な懸濁液では、溶媒分子の不均一なポケットがナノワイヤの長さに沿って存在することがあり、これはナノワイヤの長さに沿った不均一なブラウン力、したがってトルクにつながる可能性がある。懸濁液中の互いに近くにある数本のナノワイヤの回転は、ナノワイヤの束、組ひも、または「鳥の巣」の形成をもたらすことがある。これらの束は、個々のワイヤよりも溶液中での安定性が低く、そのため懸濁液から沈殿して、容器の壁または底に付着しうる。また、特定の作用理論に縛られるものではないが、ナノワイヤの凝集は、他の作用機序によって生じる可能性があり、例えば、容器の壁へのナノワイヤの最初の付着と、その後の、付着したナノワイヤへのナノワイヤのさらなる付着によって、凝集体としてのナノワイヤの絡み合いが生じ得る。
【００５２】
ひとたびナノワイヤが絡み合い凝集体になると、ナノワイヤを容易に回収することはできない。これは、ナノワイヤがより高いアスペクト比を有するか、またはより長く成長する場合に特に問題であり、ナノ粒子または他の球状ナノ構造体とは際立って対照的である。ナノ粒子とは異なり、凝集したナノワイヤは、さらなる撹拌、ミリング、または超音波処理でさえも凝集を悪化させたり、さらには個々のナノワイヤを破壊または断片化するため、分離させて、分散されたナノワイヤに戻すことが困難であり得る。凝集したナノワイヤは、容器の壁に強く付着して、貯蔵および輸送の間に有用な材料の損失を示すことがある。凝集したナノワイヤはまた、凝集塊を形成し、不安定化して、懸濁液から沈殿することがあり、このことはその後、コーティング機または印刷機を詰まらせ、コーティング上に筋または他の目に見える欠陥を生じさせ、得られたフィルムの均一性、低ヘイズ、および高い透明性を妨げる可能性がある。
【００５３】
本開示の態様によると、容器内に貯蔵された懸濁液からのナノワイヤの凝集は、凝集体の形成を抑制する方法でナノワイヤ懸濁液を貯蔵することによって低減または抑制することができる。本開示のいくつかの態様は、懸濁液からのナノワイヤの凝集、容器の壁への付着、または懸濁液からの沈殿を抑制するための技術を実施する。いくつかの態様では、ナノワイヤ懸濁液は、懸濁液からの溶媒もしくは他の液体の蒸発を抑制することによって、溶媒もしくは他の液体による容器の壁の濡れを抑制することによって、容器の壁へのナノワイヤの付着を抑制することによって、またはこれらの技術の任意の組み合わせによって貯蔵される。
【００５４】
図1(a)は、ナノワイヤの凝集の問題を示し、図1(b)は、本開示の態様に従ってその問題を解決するための方策を示す。図1(a)に示すように、懸濁液は溶媒110aに分散させたナノワイヤ120aを含み、懸濁液はガラス瓶などの容器100aの中に配置される。クロージャ150aが容器100aに固定されているが、懸濁液の液体メニスカスよりも上のヘッドスペース140aにおいて溶媒110aの蒸発が起こり得る。比較的大きなヘッドスペースの場合には、液体メニスカスに近接する溶媒110aの部分が懸濁液から蒸発するほど、かなりの程度の蒸発が起こり得る。この蒸発は、図1(a)に示すように、容器100aの壁155aに付着して凝集体として絡み合うナノワイヤ130aを残す。
【００５５】
図1(b)に示すように、この問題に対する1つの解決策は、ナノワイヤ120bの懸濁液からの溶媒110bの蒸発の程度を制御するために、容器100bのヘッドスペース140bを適当な大きさにすることである。具体的には、容器100bのヘッドスペース140bは、容器100bの大きさもしくは形状を(例えば、広口瓶に対して細口瓶として)定めることによって、容器100bに十分な体積の懸濁液を充填して残りのヘッドスペース140bを少なくすることによって、またはこれらの組み合わせによって低減される。ヘッドスペース140bを低減させることにより、溶媒110bの蒸発は抑制され、それによって容器100bの壁155aへのナノワイヤ120bの付着を抑制する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、ヘッドスペース140bの大きさは、容器100bの全内部容積(例えば、容器100bの全容量)に対するヘッドスペース140bの容積の比率(百分率で表される)が約10％以下、例えば、約5％以下、約4％以下、約3％以下、約2％以下、または約1％以下であり得る、および約0.5％まで、約0.1％まで、約0.05％まで、またはさらには約0％まで下がり得るような大きさであり得る。いくつかの実施形態では、ヘッドスペース140bの大きさは、容器100bの本体部の幅に対する容器100bの首部の幅の比率(百分率で表される)が約70％以下、例えば、約65％以下、約60％以下、約55％以下、約50％以下、約45％以下、または約40％以下であり得る、および約30％まで、約25％まで、約20％またはそれ以下まで下がり得るような大きさであり得る。いくつかの実施形態では、貯蔵および輸送中に典型的な範囲の温度変化にさらされたとき、ナノワイヤ120bの懸濁液の熱膨張を可能にするために、ヘッドスペース140bの有限の(たとえ比較的小さくとも)容積を保つことができる。
【００５７】
代替的に、またはヘッドスペース140bの大きさの決定と併せて、溶媒110bの蒸発の程度は、容器100bのクロージャ150bを実質的に漏れのないように構成することによって低減することができる。クロージャ150bは、例えば、首部に形成されたねじ山によって、任意でシールリングのセットによって、容器100bの首部に固定され得る、キャップとして実現することができる。漏れ検査の一例は次のように説明される。容器100bにある体積の水または他の液体を充填する。次に、クロージャ150bを容器100bの首部に特定のトルク値でねじ止めする。水が首部とクロージャ150bの接合部を覆うように、容器100bを反転させる。適当な空気圧(例えば、2psig)を一定期間(例えば、2分間)かける。圧力を解放した後で、クロージャ150bを取り外して検査することができる。水がクロージャ150bまたはねじ山に実質的に見られない場合、容器100bは漏れがないと判定され得る。蒸発の程度をさらに低減させるために、クロージャ150b、容器100bの首部、容器100bの本体部、またはこれらの任意の組み合わせの周りにテープまたはフィルムを巻き付けることができる。
【００５８】
ナノワイヤの凝集の問題に対する別の解決策は、溶媒110bによる容器100bの壁155bの濡れを抑制するか、壁155bへのナノワイヤ120bの付着を抑制するか、またはその両方を抑制するように、容器100bを構成することである。いくつかの実施形態では、容器100bの壁155bは、溶媒110bによる濡れに抵抗性である、懸濁液からのナノワイヤ120bの付着に抵抗性である、またはその両方である材料から形成されるか、または該材料でコーティングされ得る。いくつかの実施形態では、濡れ抵抗性と付着抵抗性の組み合わせを提供するために、特定の材料を用いて壁155bを形成する、またはコーティングすることが可能である。他の実施形態では、濡れ抵抗性と付着抵抗性の組み合わせを提供するために、異なる材料の組み合わせを用いて壁155bを形成する、またはコーティングすることが可能である。所定の容器100bに関して、この問題に対する同様の解決策は、溶媒110bが壁155bを形成またはコーティングしている材料との接触を回避または低減する傾向を有するように、溶媒110bを適切に選択することである。
【００５９】
理解され得るように、濡れまたは濡れ性は、典型的には、液体と固体表面を一緒にしたときの分子間相互作用から生じる、固体表面との接触を維持または回避する液体の傾向を指す。濡れの程度は付着力と凝集力の間の力のバランスによって決定され得、この場合、液体と固体表面との間の付着力は、液滴を表面に広がらせることができる一方で、液体内の凝集力は、液滴をボールのように丸くして表面との接触を回避させることができる。濡れ性の1つの尺度は、固体表面と該表面に配置された所定の液滴との接触角である。図2に示すように、本開示の態様によれば、接触角(θ)は、液体-気体界面が固体-液体界面と交差する角度である。この態様では、一滴の液体201が固体表面202上に配置されている。液体201の、固体表面202上に広がる傾向が増加するにつれて、接触角は小さくなる。反対に、液体201の、固体表面202上に広がる傾向が減少するにつれて、接触角は大きくなる。このように、接触角は濡れの逆の尺度を提供する。90°未満の接触角(低接触角)は一般に、表面の濡れが良好(高い濡れ性)であることを示しており、液体は表面上に広がる傾向がある。90°以上の接触角(高接触角)は一般に、表面の濡れが不良(低い濡れ性)であることを示しており、液体は表面との接触を回避してまたは低減させて、小形の液滴を形成する傾向がある。
【００６０】
再び図1(b)を参照すると、容器100bの壁155bを形成またはコーティングするために使用できる、適切な濡れ抵抗性の材料には、90°以上の接触角を有するもの、例えば、約95°以上、約100°以上、約105°以上、約110°以上、約115°以上、約120°以上、約125°以上、約130°以上、約135°以上、約140°以上、約145°以上、または約150°以上の、および約160°までの、約170°までの、約175°までの、またはそれ以上の接触角を有するものが含まれる。このような接触角は、ナノワイヤ120bが懸濁されている溶媒110bなどの、所定の液体について特定することができる。
【００６１】
濡れ抵抗性材料の使用は、ナノワイヤの凝集の問題に対処するという点で、さまざまな利益を提供することができる。例えば、図1(b)を参照すると、容器100bは取り扱い中および輸送中に傾くか、撹拌されるか、または他の方法で動かされるので、懸濁液の部分が移動して、容器100bの壁155bに沿って広がる可能性がある。内壁面の低い濡れ性のため、溶媒110bは、内壁面との接触を回避してまたは低減させて、速やかに懸濁液の残部に向かって内壁面を、例えば小形の液滴の形態で、滑り落ちる傾向がある。溶媒110bが壁155bを滑り落ちるとき、ナノワイヤ120bは溶媒110bと一緒に懸濁液の残部に向かって運ばれ、それによってナノワイヤ120bが壁155b上に残留して凝集体として絡み合うのを軽減する。
【００６２】
別の例として、内壁面の低い濡れ性は、ナノワイヤの凝集を抑制するように、液体メニスカスの形状に影響を及ぼすことができる。図3(a)、図3(b)および図3(c)は、本開示の態様に従う、内壁面の濡れ性を調整することから生じる液体メニスカスの異なる形状を示す。具体的には、図3(a)は、液体が壁355aに沿って上方へ広がるので液体メニスカスが凹形状をとっている、高い濡れ性の内壁面のシナリオを示し、図3(b)は、液体メニスカスが壁355bの近くで比較的平坦なまたは水平な形状をとっている、中間の濡れ性の内壁面のシナリオを示し、図3(c)は、液体が壁355cから離れて移動することで壁355cとの接触を低減させるので液体メニスカスが凸形状をとっている、低い濡れ性の内壁面のシナリオを示す。図3(a)の高い濡れ性のシナリオでは、壁355cに沿った液体の広がりは、ナノワイヤ320aと接触することができる壁355の表面積を増加させ、それゆえ、例えば蒸発が起きると、ナノワイヤ320aの一部が壁355aに付着する可能性を増大させる。対照的に、図3(c)の低い濡れ性のシナリオでは、壁355cから離れた液体の移動は、ナノワイヤ320cと接触することができる壁355cの表面積を減少させ、それゆえ、壁355cへのナノワイヤ320cの付着の可能性を低減させる。
【００６３】
代替的に、または表面濡れ性の影響と併せて、内壁面へのナノワイヤの付着は、内壁面の表面化学によって影響され得る。例えば、ガラスおよび同様の材料は、一般に構成原子における未結合の原子価を指す、ダングリングボンドを有し得る。特定の作用理論に縛られることを望まないが、内壁面上にそのようなダングリングボンドが存在すると、内壁面と懸濁液からのナノワイヤとの間の化学的相互作用が促進され、それによって内壁面へのナノワイヤの付着の可能性が増す。ナノワイヤのこうした付着は、蒸発が実質的に存在しない時でさえも、およびナノワイヤの懸濁液を保持する容器の傾斜、撹拌、または他の動きが実質的に存在しない時でさえも起こり得る。図4(a)は、ナノワイヤ420aが付着している、ガラスまたは別の同様の材料から形成された壁455aのシナリオを示し、図4(b)は、ナノワイヤ420bの付着が抑制されている、付着抵抗性材料から形成された壁455bのシナリオを示す。
【００６４】
適切な濡れ抵抗性および付着抵抗性材料の例には、フッ素化ポリマー(すなわちフルオロポリマー)、例えば炭素-フッ素結合を有するフルオロカーボンベースのポリマーが含まれる。炭素-フッ素結合の強度および安定性は、フッ素化ポリマーの濡れ抵抗性、低粘着性、低摩擦性に寄与し、ダングリングボンドが実質的に存在しないことは、ナノワイヤに対するフッ素化ポリマーの付着抵抗性に寄与する。フッ素化ポリマーは、対応する炭化水素ベースのポリマーの全ての利用可能な炭素-水素結合が炭素-フッ素結合で置き換えられる場合のように、完全にフッ素化されてもよいし、あるいは対応する炭化水素ベースのポリマーの利用可能な炭素-水素結合の一部が炭素-フッ素結合で置き換えられる場合のように、部分的にフッ素化されてもよい。フッ素化ポリマーは、1種のモノマー単位を含むホモポリマーまたは2種以上のモノマー単位を含むコポリマーであり得る。
【００６５】
適切なフッ素化ポリマーの例としては、以下が挙げられる：
(1)ポリフッ化ビニル(すなわちPVF)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000003
(2)ポリフッ化ビニリデン(すなわちPVDF)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000004
(3)ポリテトラフルオロエチレン(すなわちPTFE)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000005
(4)ポリクロロトリフルオロエチレン(すなわちPCTFEまたはPTFCE)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000006
(5)パーフルオロアルコキシポリマー(すなわちPFA)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000007
(6)フッ素化エチレンプロピレン(すなわちFEP)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000008
(7)エチレンテトラフルオロエチレン(すなわちポリ(エチレン-コ-テトラフルオロエチレン)またはETFE)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000009
(8)エチレンクロロトリフルオロエチレン(すなわちポリ(エチレン-コ-クロロトリフルオロエチレン)またはECTFE)、これは次のように表すことができる：
2015527259.tif 000010
(9)パーフルオロスルホン酸(すなわちPFSA)
(10)パーフルオロポリエーテル(すなわちPFPE)
(11)フルオロカーボン(フッ化クロロトリフルオロエチレンビニリデン)(すなわちFPM/FKM)
(12)パーフルオロ化エラストマー(パーフルオロエラストマー)(すなわちFFPM/FFKM)
(13)パーフルオロポリオキセタン
(14)上記フッ素化ポリマーの2種以上の組み合わせ。
【００６６】
適切な濡れ抵抗性および付着抵抗性材料のさらなる例には、0.941g/cm3以上の密度を有する高密度ポリエチレン；無機ポリマー、例えばシリコンベースのポリマー；超疎水性材料；超親水性材料；およびこれらの組み合わせが含まれる。
【００６７】
再び図1(b)を参照すると、容器100bの内壁面の実質的に全ては、いくつかの実施形態では、フッ素化ポリマーで形成されるかまたはコーティングされ得る。フッ素化ポリマーの使用に伴うコスト(他の非フッ素化材料のコストの数倍であり得る)を削減するために、容器100bの内壁面の一部をフッ素化ポリマーで形成するかまたはコーティングすることができる。例えば、容器100bの本体部と首部の下半分に対応する壁155bの部分(ナノワイヤ懸濁液と接触する可能性がより高い)をフッ素化ポリマーで形成するかまたはコーティングする一方で、壁155bの残りの部分をガラス、非フッ素化ポリマー、もしくは他の非フッ素化材料で形成するかまたはコーティングすることができる。別の例として、容器100bの首部における液体メニスカスを取り囲む壁155bの部分(蒸発が起きるとナノワイヤ120bの一部と接触する可能性が高い)をフッ素化ポリマーで形成するかまたはコーティングする一方で、壁155bの残りの部分をガラス、非フッ素化ポリマー、もしくは他の非フッ素化材料で形成するかまたはコーティングすることができる。任意で、クロージャ150bをフッ素化ポリマーで形成するかまたはコーティングすることが可能である。
【００６８】
ナノワイヤの凝集の問題に対するさらなる解決策は、本開示の態様に従う図5に示される。この態様では、容器500は、調整可能なヘッドスペースを提供するために、シリンジと同様に構成される。具体的には、容器500は、容器500の内部断面に適合する大きさおよび形状の可動プランジャ560を含み、溶媒510中のナノワイヤ520の懸濁液は、プランジャ560と容器500の開口部570との間の容積に閉じ込められる。プランジャ560の移動は、開口部570に向かって懸濁液を動かすことができ、その結果ヘッドスペースが低減され、および実質的に排除されて、それによって懸濁液からの溶媒510の蒸発を抑制する。
【００６９】
ナノワイヤの凝集をさらに抑制するために、容器500の壁555は、溶媒510による濡れに抵抗性である、ナノワイヤ520の付着に抵抗性である、またはその両方である材料から形成されるか、または該材料でコーティングされ得る。例えば、図5に示したシリンジ型容器500の壁555をフッ素化ポリマーで形成するかまたはコーティングすることが可能である。
【００７０】
本明細書に記載の技術に従ってナノワイヤを貯蔵することにより、多くの利点が得られる。いくつかの実施形態では、より高いアスペクト比、より大きい長さ、およびより小さい直径のナノワイヤを、ナノワイヤの凝集体の形成を低減または抑制しながら、長期貯蔵に供することができる。いくつかの実施形態では、より高い濃度のナノワイヤを、ナノワイヤの凝集体の形成を低減または抑制しながら、長期貯蔵に供することができる。
【００７１】
例えば、容器内に貯蔵された懸濁液中のナノワイヤ(例えば、銀ナノワイヤ)のうち、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約30％が、例えば、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、少なくとも約60％、少なくとも約65％、または少なくとも約60％が、および約80％まで、約90％まで、またはそれ以上が、少なくとも約50のアスペクト比を有することができる。いくつかの実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約25％が、例えば、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、少なくとも約60％、または少なくとも約65％が、および約75％まで、約85％まで、またはそれ以上が、少なくとも約100のアスペクト比を有することができる。他の実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約20％が、例えば、少なくとも約25％、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、または少なくとも約60％が、および約70％まで、約80％まで、またはそれ以上が、少なくとも約200のアスペクト比を有することができる。他の実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約20％が、例えば、少なくとも約25％、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、または少なくとも約60％が、および約70％まで、約80％まで、またはそれ以上が、少なくとも約400のアスペクト比を有することができる。
【００７２】
別の例として、懸濁液中のナノワイヤ(例えば、銀ナノワイヤ)のうち、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約30％が、例えば、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、少なくとも約60％、少なくとも約65％、または少なくとも約60％が、および約80％まで、約90％まで、またはそれ以上が、少なくとも約10μmの長さを有することができる。いくつかの実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約25％が、例えば、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、少なくとも約60％、または少なくとも約65％が、および約75％まで、約85％まで、またはそれ以上が、少なくとも約20μmの長さを有することができる。他の実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約20％が、例えば、少なくとも約25％、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、または少なくとも約60％が、および約70％まで、約80％まで、またはそれ以上が、少なくとも約30μmの長さを有することができる。
【００７３】
別の例として、懸濁液中のナノワイヤ(例えば、銀ナノワイヤ)のうち、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約30％が、例えば、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、少なくとも約60％、少なくとも約65％、または少なくとも約60％が、および約80％まで、約90％まで、またはそれ以上が、約100nm以下の直径を有することができる。いくつかの実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約25％が、例えば、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、少なくとも約60％、または少なくとも約65％が、および約75％まで、約85％まで、またはそれ以上が、約60nm以下の直径を有することができる。他の実施形態では、(例えば、個数で)ナノワイヤの少なくとも約20％が、例えば、少なくとも約25％、少なくとも約30％、少なくとも約35％、少なくとも約40％、少なくとも約45％、少なくとも約50％、少なくとも約55％、または少なくとも約60％が、および約70％まで、約80％まで、またはそれ以上が、約40nm以下の直径を有することができる。
【００７４】
別の例として、懸濁液中のナノワイヤの濃度は、約4mg/mL以上、例えば、約5mg/mL以上、約6mg/mL以上、約7mg/mL以上、約8mg/mL以上、約9mg/mL以上、約10mg/mL以上、約11mg/mL以上、または12mg/mL以上であり得る、および約15mg/mLまで、約16mg/mLまで、またはそれ以上であり得る。
【００７５】
凝集体の形成を低減または抑制することによって、容器内に貯蔵されたナノワイヤの懸濁液の貯蔵寿命を延ばすことができ、結果として、貯蔵寿命は少なくとも約14日、少なくとも約30日、少なくとも約60日、少なくとも約90日、少なくとも約120日、少なくとも約150日、少なくとも約180日、少なくとも約210日、少なくとも約240日、または少なくとも365日であり得る、および約390日まで、約420日まで、またはそれ以上であり得る。いくつかの実施形態では、ナノワイヤの懸濁液の貯蔵寿命は、貯蔵寿命に対応する期間にわたって許容可能なレベルの範囲内で残存する凝集体の形成の程度の観点から特徴づけることができる。凝集体の形成の程度は、以下の試験のいずれか1つまたは2つ以上の併用により特徴づけることができる。
【００７６】
(1)懸濁液中に分散したままの(または、例えば穏やかな撹拌により、再分散することができる)ナノワイヤの濃度は、例えば光学技術を使用して、容器内での貯蔵の期間の後に測定することができる。例えば、懸濁液中の銀ナノワイヤの濃度は、電磁スペクトルの紫外(すなわちUV)部から可視(すなわちvis)部における光吸収によって測定され得る。懸濁液(または懸濁液から採取したサンプル)中のナノワイヤの濃度は、光学密度の測定値から決定することができ、光学密度は、特定の方向に沿って懸濁液に光を透過させ、光の減衰を測定することによって測定することができる。光は、主に散乱により減衰されるが、いくらかの吸収も関与しうる。測定された減衰は、初期の減衰測定値と比較されるか、または既知のナノワイヤ濃度の懸濁液についての減衰測定値と比較され得る。懸濁液中の凝集体形成の程度は、ナノワイヤ濃度の低下が初期のナノワイヤ濃度の約10％以下、例えば、約9％以下、約8％以下、約7％以下、約6％以下、約5％以下、約4％以下、約3％以下、約2％以下、または約1％以下であれば、一定期間にわたって許容可能であるとみなすことができる。
【００７７】
(2)容器の壁に付着したナノワイヤの量は、例えば、壁をこすることにより、または適切な化学処理により、容器内での貯蔵の期間の後に測定することができる。凝集塊として沈殿するナノワイヤもまた、このような評価において考慮され得る。例えば、容器の壁に付着した銀ナノワイヤの重量を測定して、容器内に配置された銀ナノワイヤの初期重量と比較することができる。容器内に配置された銀ナノワイヤの初期重量は、例えば、初期ナノワイヤ濃度およびナノワイヤ懸濁液の初期体積に従って、推定することができる。懸濁液中の凝集体形成の程度は、付着した銀ナノワイヤの重量が銀ナノワイヤの初期重量の約10％以下、例えば、約9％以下、約8％以下、約7％以下、約6％以下、約5％以下、約4％以下、約3％以下、約2％以下、または約1％以下であれば、一定期間にわたって許容可能であるとみなすことができる。
【００７８】
(3)懸濁液中の凝集体の存在およびサイズは、グラインドゲージ(fineness of grind gauge)を使用して、容器内での貯蔵の期間の後に測定することができる。理解され得るように、グラインドゲージは典型的には可変な深さの溝を含む。上部は溝の最も深い部分に対応し、各サイズの凝集体の存在および個数は、溝に沿ったそれらの位置によって決定することができる。凝集体は点欠陥または線として肉眼で見ることができる。線の場合、その位置は、線の始まり、すなわちゲージの上部に最も近い線の部分、として記録することができる。
【００７９】
各サイズの凝集体の測定された個数を、許容される懸濁液の基準凝集体サイズ分布と比較して、問題の懸濁液が許容可能であるかどうかを判定することができる。なお、基準凝集体サイズ分布の規格はナノワイヤ懸濁液の特定の用途に依存しうることに留意されたい。いくつかの実施形態では、基準凝集体サイズ分布は以下の段階によって特定することができる：異なるナノワイヤ懸濁液について凝集体サイズ分布を測定する段階、所望の用途(例えば、透明導電性電極用のコーティングまたはフィルムの形成)において懸濁液を使用する段階、該用途の結果を分析して該結果が許容可能な品質であるかどうかを判定する段階、および該凝集体サイズ分布を、該懸濁液を用いて得られた結果の品質と関連づける段階。
【００８０】
例えば、いくつかの用途に許容される懸濁液の基準凝集体サイズ分布は、次のように特定することができる：a)約100μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；b)約90μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；c)約80μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；d)約70μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；e)約60μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；f)約50μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；g)約40μm以上のサイズを有する凝集体がわずか3個、わずか2個、わずか1個であるか、もしくは存在しない；またはh)前述の2つ以上の組み合わせ。
【００８１】
(4)容器内での貯蔵の期間の後、ナノワイヤの懸濁液は所望の用途(例えば、透明導電性電極用のコーティングまたはフィルムの形成)において使用され、該用途の結果は、該結果が許容可能な品質であるかどうかを判定するために分析され得る。例えば、銀ナノワイヤの懸濁液を一定期間にわたって貯蔵し、その後透明導電性電極用のコーティングまたはフィルムを形成するために使用することができる。ヘイズ、透過率、およびシート抵抗のいずれか1つまたは組み合わせの値を測定して、例えば貯蔵前の銀ナノワイヤの懸濁液についての、対応する基準値と比較することができる。ヘイズ、透過率、およびシート抵抗のいずれか1つまたは組み合わせの値の差が、対応する基準値の約±10％以下、例えば、約±9％以下、約±8％以下、約±7％以下、約±6％以下、約±5％以下、約±4％以下、約±3％以下、約±2％以下、または約±1％以下であるならば、問題の懸濁液中の凝集体形成の程度はその期間にわたって許容可能であるとみなすことができる。
【００８２】
追加の態様
ナノ構造体の貯蔵との関連で本明細書に記載した技術は、ナノ構造体の取り扱いの他の局面に対しても適用可能性がある。特に、ナノワイヤ懸濁液は、せん断力を受けたときに、より不安定になり得る。せん断力はナノワイヤにトルクを及ぼし得、互いに近くにある数本のナノワイヤの回転によって、それらは一緒に束になり、非常に不可逆的な凝集体を形成し得る。したがって、容器内へのまたは容器からのナノワイヤ懸濁液の送出または移動は、せん断力を低減するか、最小限に抑えるべきである。
【００８３】
せん断力を低減するために、流体送出または移動の部品、例えばチューブ、パイプ、ピペットなどは、上述したフッ素化ポリマーなどの低粘着または低摩擦材料から形成するか、または該材料でコーティングすることができる。加えて、流体送出の部品の大きさまたは形状は、せん断力をさらに低減するように選択することができ、例えば、容器内へまたは容器からナノワイヤ懸濁液を移すために、より大きい断面直径のチューブを使用することによって低減する。さらに、低せん断ポンプ、例えば、ローブポンプ、内接歯車ポンプ、およびプログレッシブキャビティポンプを用いてもよい。加えて、コーティング装置および関連部品、例えばスロットダイなどを、上述したフッ素化ポリマーなどの低粘着または低摩擦材料から形成してもよいし、または該材料でコーティングしてもよい。
【実施例】
【００８４】
以下の実施例は、当業者に説明を例示し提供するために、本開示のいくつかの態様の特定の局面を記載する。実施例は本開示を限定するものとして解釈されるべきではなく、実施例は本開示のいくつかの態様を理解して実施するのに有用な具体的な方法を提供するにすぎない。
【００８５】
銀ナノワイヤの懸濁液を異なるタイプの瓶の中に貯蔵し、凝集体形成の程度を瓶ごとに評価する。図6(a)は、ガラス瓶中で振盪してから約1分後のイソプロピルアルコール(すなわちIPA)中に懸濁させた銀ナノワイヤを示す。図6(a)に見られるように、懸濁液は内壁面から著しくはじかれて(de-wet)はいない。図6(b)は、振盪してから約2時間後の同容器内のIPA中の銀ナノワイヤを示す。ヘッドスペース内の懸濁液はIPAの蒸発によりほとんど乾ききっており、ナノワイヤ凝集体が内壁面に付着している。図6(c)は、ガラス瓶中に約2週間貯蔵した後のIPA中の銀ナノワイヤを示す。顕著な凝集塊が内壁ガラス面上に見られる。
【００８６】
比較して、図7(a)は、パーフルオロアルコキシポリマー(すなわちPFA)瓶中で振盪してから約20秒後のIPA中に懸濁させた銀ナノワイヤを示す。図7(a)に見られるように、懸濁液は内壁面からはじかれている。図7(b)は、振盪してから約1分後の同容器内のIPA中の銀ナノワイヤを示す。ヘッドスペース内の懸濁液は内壁面からほとんどがはじかれている。図7(c)は、PFA瓶中に約2週間貯蔵した後のIPA中の銀ナノワイヤを示す。銀ナノワイヤはPFA瓶の底の方に沈んでいる。IPAはヘッドスペース内に蒸発して、少量の凝集塊が内壁面に付着して見られる。
【００８７】
別の比較として、図8(a)は、フッ素化エチレンプロピレン(すなわちFEP)瓶中で振盪してから約10秒後のIPA中に懸濁させた銀ナノワイヤを示す。図8(a)に見られるように、懸濁液は内壁面からはじかれている。図8(b)は、振盪してから約30秒後の同容器内のIPA中の銀ナノワイヤを示す。ヘッドスペース内の懸濁液は、PFA面と比較して、より速い速度で内壁面から実質的にはじかれている。図8(c)は、FEP瓶中に約2週間貯蔵した後のIPA中の銀ナノワイヤを示す。銀ナノワイヤはFEP瓶の底の方に沈んでいる。IPAはヘッドスペース内に蒸発してビーズのように凝縮しているが、内壁面に付着した凝集塊はほとんどまたは全く見られない。
【００８８】
これらの評価から、銀ナノワイヤはガラス瓶の壁には付着しやすく、FEP瓶の壁には付着しにくいことが確認された。アルコール中の銀ナノワイヤの懸濁液をガラス瓶中で長期貯蔵に供した際に、ナノワイヤは、アルコールが蒸発するにつれてガラス瓶の壁に付着することが見出されたが、同じ組成の懸濁液をFEP瓶中に同様に貯蔵したとき、壁への付着はほとんどまたは全く観察されない。特定の作用理論に縛られるものではないが、ガラスに比べてフッ素化ポリマーの比較的低い表面濡れ性が、FEP瓶とガラス瓶との間に観察された差異を説明し得る。また、評価によれば、PFAは、ガラスと比較すると銀ナノワイヤのより少ない付着を示すが、FEPと比較すると、特により高濃度の銀ナノワイヤでは、幾分多い付着を示す。
【００８９】
本発明をその具体的な態様に関して説明してきたが、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を行うことができ、かつ均等物を置換することができることは、当業者によって理解されるべきである。さらに、本発明の目的、精神および範囲に特定の状況、材料、組成物、方法、またはプロセスを適応させるために、多くの改変を行うことができる。全てのそのような改変は、添付の特許請求の範囲の範囲内にあることが意図される。特に、本明細書に開示された方法は特定の順序で実施される特定の操作に関して説明されているが、本発明の教示から逸脱することなく同等の方法を形成するために、これらの操作を組み合わせたり、さらに分割したり、または並び替えることができることが理解されるであろう。したがって、本明細書で特に示さない限り、操作の順序およびグループ分けは本発明の限定ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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