[發(fā)明專利]具有涂層的結(jié)構(gòu)化表面

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380023432.8
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN104272484A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: G.阿馬拉藤加;Y.喬伊;S.希弗雷迪;N.布朗;C.科利斯
• 申請（專利權(quán)）人: 戴森技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L49/02
• 分類號: H01L49/02;H01G4/012;H01G4/10;H01G4/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 陳钘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有涂層的結(jié)構(gòu)化表面，比如具有涂層的碳納米管(CNT)和具有涂層的碳納米管的陣列。

背景技術(shù)

許多不同的電動物體(比如汽車、計算機、移動電話、電鉆和手持式真空清潔器)要求便攜式功率源，并且存在提供更小、更輕、持續(xù)時間更長的便攜式功率源的需求。傳統(tǒng)低，便攜式功率源趨于通過電池提供。然而，近來已經(jīng)研究出其他類型的功率源。一種這樣的替代物便是電容器，并且更具體地為超級電容器。

電容器包括由絕緣體或介電體分開的兩個導(dǎo)體。當電壓跨過導(dǎo)體施加時，電場跨過介電體產(chǎn)生并且能量被儲存在該電場中。儲存的能量能夠潛在地被用作功率源。電容器能夠以類似于可再充電電池一樣被再次充電。傳統(tǒng)的電池具有儲存為化學形式的電能并且電池的充放電的速率取決于化學反應(yīng)能夠發(fā)生的速率。介電電容器不取決化學反應(yīng)動力學，并且從儲存的電荷的充放電方面來說要快幾個數(shù)量級，就像高功率密度體中所體現(xiàn)的那樣。此外，介電電容器具有比電池更長的循環(huán)壽命。然而，相比于電池，傳統(tǒng)的介電電容器并沒有儲存足夠的電荷，并且因此具有低得多的能量密度。超級電容器具有比電容器更高的能量密度并且因此每單位體積能夠儲存更多的能量。為了成為傳統(tǒng)的可再充電電池的可行的替代物，電容器必須具有與可再充電電池相似或更高的能量密度，具有對于消費者來說相似的成本，并且在重量和尺寸上相似。存在幾個技術(shù)問題需要被被克服。

電泳是分散顆粒由于電場的影響在溶劑中的運動。電泳沉積(EPD)利用這種現(xiàn)象以用帶電顆粒涂覆基底。EPD被用于沉積涂層到平坦的基底上，以下出版物對此有描述：Fabrication?of?Ferroelectric?BaTiO3?Films?by?Electrophoretic?Deposition?Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)pp.4182-4185?by?Soichiro?Okamura,Takeyo?Tsukamoto?and?Nobuyuki?Koura；和Preparation?of?a?Monodispersed?Suspension?of?Barium?Titanate?Nanoparticles?and?Electrophoretic?Deposition?of?Thin?Films.Journal?of?the?American?Ceramic?Society,87:1578-1581(2004),do:10.1111/j.1551-2916.2004.01578.x?by?2.Li,J.,Wu,Y.J.,Tanaka,H.,Yamamoto,T.and?Kuwabara,M；以及Low-temperature?synthesis?of?barium?titanate?thin?films?by?nanoparticles?electrophoretic?deposition,JOURNAL?OF?ELECTROCERAMICS?Volume?21,Numbers?1-4,189-192,DOI:10.1007/s10832-007-9106-6?by?Yong?Jun?Wu,Juan?Li,Tomomi?Koga?and?Makoto?Kuwabara。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種涂覆結(jié)構(gòu)化表面的方法，該方法包括以下步驟：

(a)提供第一涂層材料的納米顆粒；和

(b)將所述納米顆粒通過使用電泳沉積而沉積在結(jié)構(gòu)化表面上。

發(fā)明人已經(jīng)證實，不同于例如旋轉(zhuǎn)涂覆和浸漬涂覆，EPD過程對于用于展現(xiàn)金屬行為的結(jié)構(gòu)化表面來說是有利的，EPD被發(fā)現(xiàn)在微結(jié)構(gòu)化基底和納米結(jié)構(gòu)化基底上產(chǎn)生保形涂層。

優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)化表面包括一個或多個碳納米管。由于碳展現(xiàn)金屬行為，其能夠被用作EPD的基底。

優(yōu)選地，碳納米管成形為碳納米管陣列。該陣列可以是規(guī)則陣列或隨機陣列。優(yōu)選的是，化學氣相沉積(CVD)被用于產(chǎn)生CNT；D.C等離子體增強CVD生長腔室可用于產(chǎn)生具有取向的碳納米管。

對于規(guī)則CNT陣列的產(chǎn)生，基底可被光刻預(yù)制以促進CNT僅在特定位置的生長。一個優(yōu)選的生長過程由以下四個階段組成：

(a)基底預(yù)處理(形成擴散膜)，其中將硅濺射沉積30nm厚的鈮層；

(b)催化劑沉積，10nm厚的鎳催化劑膜被沉積在基底上；

(c)催化劑退火(燒結(jié))階段，基底被加熱到700℃然后保持10分鐘以燒結(jié)催化劑層并且形成催化劑島或納米球體；和