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      包含具有密集部分和稀疏部分的單層碳納米管的膜及其制造方法、以及具有該膜的材料...的制作方法_4

      文檔序號(hào):9457098閱讀:來源:國知局
      00)和拉曼光譜分析進(jìn)行了確認(rèn)。圖2是該SEM圖像。另外,在圖4中,點(diǎn)線"1" 表示在此得到的碳納米管的拉曼光譜分析的結(jié)果。
      [0140] 由這些結(jié)果可知,所得到的碳納米管是高純度的SWNT,其平均直徑為2. 2nm,其生 長高度為5 μ m。總之,可知通過本工序,在基板上形成了平均直徑為2. 2nm、生長高度為 5 μ m的高純度的VA-SWNT。
      [0141] 《d.蒸汽暴露工序》
      [0142] 將上述得到的形成了 VA-SWNT的面暴露于水蒸汽中。
      [0143] 具體而言,準(zhǔn)備裝入了溫度為80°C的水的燒杯,將形成了 VA-SWNT的面配置在該 燒杯的上方、具體為從水面向上5mm,保持約5秒鐘。暴露于蒸汽后,將形成了 VA-SWNT的面 朝上,進(jìn)行了干燥。
      [0144] 所得到的暴露于蒸汽后進(jìn)行了干燥的膜,在外觀上接近透明,可看到藍(lán)色色調(diào)。認(rèn) 為這大概是由于形成了后述的類蜂窩結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的。
      [0145] 對(duì)于所得到的膜,與上述工序c中的VA-SWNT的觀察同樣地通過SEM和拉曼光譜 分析進(jìn)行了確認(rèn)。圖3的(c)和(d)是該SEM圖像。另外,在圖3的(d)中,對(duì)"2"和"3" 所示的位置進(jìn)行了拉曼光譜分析。將其結(jié)果表示為圖4的虛線"2"和實(shí)線"3"。
      [0146] 由圖3的(c)和⑷、特別是圖3的⑷中"2"的位置可知,"2"的位置是電子傳 導(dǎo)性高的位置、即SWNT變得密集的位置。另一方面,可知"3"的位置是電子傳導(dǎo)性低的位 置、即SWNT變得稀疏的位置。
      [0147] 另外,可知圖3的(c)和(d)中"2"的位置,其位置連續(xù),在基板上、進(jìn)而在膜上形 成類蜂窩結(jié)構(gòu)??芍擃惙涓C結(jié)構(gòu)的各六邊形的一邊的平均長度約為10 ym。
      [0148] 并且,由圖4的拉曼光譜分析的結(jié)果可知,在"2"和"3"的位置上,上述工序c 中得到的VA-SWNT的垂直取向(圖4中由"1"表示,該拉曼光譜分析結(jié)果)崩潰。特別 是在"3"上,可知成為垂直取向崩潰、SWNT大致沿著基板的狀態(tài),即相對(duì)于基板水平配置 的狀態(tài)(關(guān)于拉曼光譜分析,參照 Ζ. Zhang, Ε. Einarsson, Υ. Murakami, Υ. Miyauchi and S. Maruyama*,"Polarization dependence of radial breathing mode peaks in resonant Raman spectra of vertically aligned single-walled carbon nanotubes, ^Phys. Rev. B, (2010),81, (16), 165442-1-165442-9)〇
      [0149] 由這些結(jié)果可知,在工序d中得到的碳納米管膜,具有SWNT密集的部位和稀疏的 部位,密集的部位在膜上形成類蜂窩結(jié)構(gòu)。
      [0150] 另外,可知采用4探針法測(cè)定所得到的膜的電特性的結(jié)果為768 Ω / 口。
      [0151] 《e.剝離工序》
      [0152] 從上述d工序中得到的產(chǎn)物上剝離碳納米管膜。剝離的步驟與日本特開 2007-182342號(hào)公報(bào)同樣地進(jìn)行。即,將蒸餾水(和光純藥,047-16783)倒入燒杯中,在加 熱板上升溫至60°C。將在室溫(23°C )進(jìn)行保管的上述工序d中得到的基板,以形成了碳 納米管膜的面與水面垂直的方式沉入溫水中,結(jié)果僅碳納米管膜剝離,漂浮在水面上。
      [0153] 《f.轉(zhuǎn)印工序》
      [0154] 將上述工序e中得到的漂浮在水面上的碳納米管膜取出,配置在石英基板上,即 進(jìn)行了轉(zhuǎn)印。轉(zhuǎn)印后,測(cè)定了其光學(xué)特性。具體而言,測(cè)定了波長為200~1600nm的透過 率。將其結(jié)果示于圖5(具體而言由圖5的實(shí)線表示)。由該結(jié)果可知波長為550nm時(shí)的透 過率為33. 5%。另外,對(duì)于本工序中得到的在石英基板上配置的碳納米管膜,與上述工序d 同樣地進(jìn)行了拉曼光譜分析,結(jié)果未進(jìn)行圖示,但確認(rèn)了是與工序d同樣的結(jié)果。即,確認(rèn) 了即使經(jīng)過工序e和工序f,膜的結(jié)構(gòu)也沒有發(fā)生變化。
      [0155] 實(shí)施例2
      [0156] 除了在實(shí)施例1的工序d蒸汽暴露工序中,將燒杯中使用的水的溫度從80°C變?yōu)?70°C以外,采用與實(shí)施例1同樣的方法調(diào)制了碳納米管膜。
      [0157] 對(duì)所得到的碳納米管膜,與實(shí)施例1的工序d同樣地采用4探針法測(cè)定了電特性, 可知結(jié)果為2996Ω/□。另外,對(duì)于該膜,與實(shí)施例1的工序d同樣地通過SEM進(jìn)行了確認(rèn)。 將其結(jié)果示于圖3的(a)中。
      [0158] 由圖3的(a)可知,本實(shí)施例中存在密集部分和稀疏部分,通過密集部分形成類蜂 窩結(jié)構(gòu)??芍擃惙涓C結(jié)構(gòu)的各六邊形的一邊的平均長度約為1〇μπι。再者,關(guān)于稀疏部 分,在SEM圖像中確認(rèn)了白色圓,可知存在SWNT不存在的部位。
      [0159] 另外,與實(shí)施例1同樣地,經(jīng)過工序e和工序f,對(duì)于所得到的配置在石英基板上的 碳納米管膜測(cè)定了波長為200~1600nm的透過率。將其結(jié)果示于圖5 (具體而言以圖5的 虛線表示)。由該結(jié)果可知波長為550nm時(shí)的透過率為26. 6%。
      [0160] 實(shí)施例3
      [0161] 除了在實(shí)施例1的工序d蒸汽暴露工序中,將燒杯中使用的水的溫度保持為80°C 不變,將其暴露時(shí)間變?yōu)?5秒鐘以外,采用與實(shí)施例1同樣的方法調(diào)制了碳納米管膜。
      [0162] 對(duì)所得到的碳納米管膜,與實(shí)施例1的工序d同樣地采用4探針法測(cè)定了電特性, 可知結(jié)果為1079Ω/□。另外,對(duì)于該膜,與實(shí)施例1的工序d同樣地通過SEM進(jìn)行了確認(rèn)。 將其結(jié)果示于圖3的(b)中。
      [0163] 由圖3的(b)可知,本實(shí)施例中存在密集部分和稀疏部分,通過密集部分形成類蜂 窩結(jié)構(gòu)。但本實(shí)施例的類蜂窩結(jié)構(gòu)的各六邊形的一邊的平均長度無法觀測(cè)。
      [0164] 另外,與實(shí)施例1同樣地,經(jīng)過工序e和工序f,對(duì)于所得到的配置在石英基板上的 碳納米管膜測(cè)定了波長為200~1600nm的透過率。將其結(jié)果示于圖5 (具體而言以圖5的 點(diǎn)線表示)。由該結(jié)果可知波長為550nm時(shí)的透過率為32. 5%。
      [0165] 在實(shí)施例1~3中,上述工序d蒸汽暴露工序和上述工序e剝離工序中需要的只有 水,表面活性劑、有機(jī)溶液或超強(qiáng)酸等化學(xué)物質(zhì)、聲波處理、真空排氣等耗電工序都不需要。 因此,實(shí)施例1~3容易進(jìn)行操作且能夠以低成本將碳納米管膜配置在η型Si基板上。
      [0166] 對(duì)于實(shí)施例1~3中得到的碳納米管膜,將作成時(shí)使用的條件、特別是上述d蒸汽 暴露工序中使用的水的溫度和暴露時(shí)間、以及調(diào)制出的類蜂窩結(jié)構(gòu)的六邊形的一邊的平均 長度、片電阻和550nm時(shí)的透過率歸納于表1。
      [0167] 實(shí)施例1的碳納米管膜,如果與實(shí)施例2和3的膜相比,則可知電阻低且透過率 高。認(rèn)為密集的部分形成類蜂窩結(jié)構(gòu),該類蜂窩結(jié)構(gòu)遍及膜整體而形成,因此其作為電子載 體高速通路發(fā)揮作用,結(jié)果顯示優(yōu)異的導(dǎo)電性。因此可知,實(shí)施例1的碳納米管膜因其低片 電阻和透明性而作為透明電極具有實(shí)用性。
      [0168] 另外,實(shí)施例2的碳納米管膜,如果與實(shí)施例1相比,則可知片電阻大并且透過率 也低。
      [0169] 并且,實(shí)施例3的碳納米管膜,如果與實(shí)施例1相比,則可知片電阻稍低但透過率 較高。
      [0170] 表1.實(shí)施例1~3的片電阻和550nm時(shí)的透過率
      [0172] *無法測(cè)定
      [0173] 實(shí)施例4
      [0174] 〈利用乙醇蒸汽暴露工序而得到的膜〉
      [0175] 在實(shí)施例1的《c.垂直取向SWNT的形成工序》中,在基板上形成了平均直徑為 2. 2nm、生長高度為27 μπι的高純度的VA-SWNT,并且在實(shí)施例1的《d.蒸汽暴露工序》中, 使用溫度為60°C的乙醇代替溫度為80°C的水,將該乙醇蒸汽中的暴露時(shí)間設(shè)為約1秒鐘, 除此以外與實(shí)施例1同樣地調(diào)制了碳納米管膜。
      [0176] 通過SEM觀察了本實(shí)施例中調(diào)制出的膜,未進(jìn)行圖示,但可知該膜具有SWNT密集 的部位和稀疏的部位,密集的部位在膜上形成了其六邊形的一邊的平均長度為25 μπι的類 蜂窩結(jié)構(gòu)。
      [0177] 實(shí)施例5
      [0178] 〈異質(zhì)結(jié)太陽能電池的調(diào)制〉
      [0179] 使用實(shí)施例1的《e.剝離工序》中得到的膜,調(diào)制了 n-Si異質(zhì)結(jié)太陽能電池。具 體而言,如以下那樣調(diào)制。
      [0180] 作為基板使用了在η型Si上具有SiOJl (200nm)的基板。
      [0181] 利用5M的NaOH將該基板在90 °C處理60分鐘,使用了除去自然氧化物后的基板。 硅的串聯(lián)電阻為7. 5~13. 5 Ω。
      [0182] 接著,將硅在RCA2清洗溶液(H2O = HCl = H2O2= 5:1:1的混合液)中浸漬10分鐘, 進(jìn)行了聲波清洗。利用PH值為7的去離子水將硅沖洗數(shù)次,然后濺射200nm的SiOJl,作 成了 3mmX3mm的露出的娃窗。
      [0183] 將前面和背面的接觸電極分別設(shè)為Pt和Ti/Pt。
      [0184] 最后,將實(shí)施例1的《e.剝離工序》中得到的膜配置在基板上,使其覆蓋硅窗。
      [0185] 圖6表示本實(shí)施例中調(diào)制出的太陽能電池 101的截面示意圖。
      [0186] 具體而言,在η型Sil02的一面(背面)形成Ti/Pt電極103。另一方面,在與Ti/ Pt電
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