CN104795250B - 印刷电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种印刷能量储存装置，所述印刷能量储存装置包含第一电极、第二电极以及在第一与第二电极之间的隔离层。第一电极、第二电极以及隔离层中的至少一个包含硅藻壳，例如来自硅藻。硅藻壳可具有均一或实质上均一的性质或属性，诸如形状、尺寸和/或孔隙率。硅藻壳的性质或属性也可通过将表面改质结构和/或材料施加或形成于硅藻壳的表面而经改质。所述硅藻壳可包含多种材料。用于能量储存装置的膜包含硅藻壳。用于印刷薄膜的墨水包含硅藻壳。

Description

印刷电池装置
相关申请案的交叉参考
本发明为主张2013年1月9日提交的题为“硅藻土能量储存装置(DiatomaceousEnergy Storage Devices)”的美国临时专利申请第61/750,757号和2012年7月18日提交的题为“硅藻土能量储存装置”的美国临时专利申请第61/673,149号的权益的2013年7月17日提交的题为“硅藻土能量储存装置”的美国专利申请第13/944,211号的部分继续申请，且本申请要求2013年8月5日提交的题为“高表面积纳米多孔能量储存装置(High Surface AreaNanoporous Energy Storage Devices)”的美国临时专利申请序列号61/862,469的权益，所述专利申请各自以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及能量储存装置，且尤其涉及包括硅藻的硅藻壳的能量储存装置。
背景技术
硅藻典型地包含单细胞真核生物，诸如单细胞藻类。硅藻在自然界中非常丰富且可见于淡水及海洋环境中。一般，硅藻是由硅藻壳封闭，硅藻壳具有经由包括壳环元件的连接带配合在一起的两个壳瓣。硅藻土，有时称为硅藻岩，可为硅藻壳的来源。硅藻土包括化石化硅藻壳且可用于各种各样的应用，包含用作过滤剂、涂料或塑胶的填充剂、吸附剂、猫砂或研磨材料。
硅藻壳常常包括大量二氧化硅(SiO2)以及氧化铝、氧化铁、氧化钛、磷酸盐、石灰、钠和/或钾。硅藻壳典型地为电绝缘的。硅藻壳可包括多种尺寸、表面特征、形状以及其它属性。举例来说，硅藻壳可包括各种形状，包含(但不限于)圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。硅藻壳包括对称形状或不对称形状。硅藻可根据硅藻壳的形状和/或对称性分类，例如基于辐射对称的存在或不存在对硅藻进行分组。硅藻壳可包括在小于约一微米至约数百微米范围内的尺寸。硅藻壳也可包括不同孔隙率，具有许多孔隙或缝隙。硅藻壳的孔隙或缝隙可在形状、大小和/或密度方面有变化。举例来说，硅藻壳可包括尺寸为约5nm至约1000nm的孔隙。
硅藻壳可包括显著机械强度或抗剪应力性，例如归因于硅藻壳的尺寸、硅藻壳形状、孔隙率和/或材料组成。
发明内容
能量储存装置，诸如电池(例如可充电电池)、燃料电池、电容器和/或超级电容器(例如电双层电容器(EDLC))可使用嵌入于能量储存装置的至少一层中的硅藻壳制造。硅藻壳可经拣选以具有所选形状、尺寸、孔隙率、材料、表面特征和/或另一合适硅藻壳属性，所述属性可为均一或实质上均一的或可不同。硅藻壳可包含硅藻壳表面改质结构和/或材料。能量储存装置可包含诸如电极、隔离层和/或集电体的层。举例来说，隔离层可位于第一电极与第二电极之间，第一集电体可与第一电极耦接，且第二集电体可与第二电极耦接。隔离层、第一电极以及第二电极中的至少一个可包含硅藻壳。在能量储存装置的至少一部分中包含硅藻壳可有助于使用印刷技术制造能量储存装置，包含网版印刷、辊对辊印刷、喷墨印刷和/或另一合适印刷制程。硅藻壳可为能量储存装置层提供结构支撑，且帮助能量储存装置层在制造和/或使用期间维持均一或实质上均一的厚度。多孔硅藻壳可允许电子或离子物种不受阻或实质上不受阻的流动。包含硅藻壳的表面结构或材料可增加层的导电性。
在一些实施例中，印刷能量储存装置包括第一电极、第二电极以及在第一与第二电极之间的隔离层。第一电极、第二电极以及隔离层中的至少一个包含硅藻壳。
在一些实施例中，隔离层包含硅藻壳。在一些实施例中，第一电极包含硅藻壳。在一些实施例中，隔离层及第一电极包含硅藻壳。在一些实施例中，第二电极包含硅藻壳。在一些实施例中，隔离层及第二电极包含硅藻壳。在一些实施例中，第一电极及第二电极包含硅藻壳。在一些实施例中，隔离层、第一电极以及第二电极包含硅藻壳。
在一些实施例中，硅藻壳具有实质上均一的性质。在一些实施例中，性质包括形状，例如包含圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。在一些实施例中，性质包括尺寸，例如包含直径、长度或最长轴。在一些实施例中，性质包括孔隙率。在一些实施例中，性质包括机械强度。
在一些实施例中，硅藻壳包括表面改质结构。在一些实施例中，表面改质结构包含导电材料。在一些实施例中，导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构包含氧化锌(ZnO)。在一些实施例中，表面改质结构包括半导体。在一些实施例中，半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构包括纳米线、纳米粒子以及具有重萼状(rosette)的结构中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的外表面上。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的内表面上。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的内表面及外表面上。
在一些实施例中，硅藻壳包括表面改质材料。在一些实施例中，表面改质材料包括导电材料。在一些实施例中，表面改质材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。在一些实施例中，表面改质材料包含ZnO。在一些实施例中，表面改质材料包含半导体。在一些实施例中，半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的外表面上。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的内表面上。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的外表面及内表面上。
在一些实施例中，第一电极包括导电填充剂。在一些实施例中，第二电极包括导电填充剂。在一些实施例中，第一电极及第二电极包括导电填充剂。在一些实施例中，导电填充剂包括石墨碳。在一些实施例中，导电填充剂包括石墨烯。在一些实施例中，导电填充剂包括碳纳米管。
在一些实施例中，第一电极包括粘着性材料。在一些实施例中，第二电极包括粘着性材料。在一些实施例中，第一电极及第二电极包括粘着性材料。在一些实施例中，隔离层包括粘着性材料。在一些实施例中，第一电极及隔离层包括粘着性材料。在一些实施例中，第二电极及隔离层包括粘着性材料。在一些实施例中，第一电极、第二电极以及隔离层包括粘着性材料。在一些实施例中，粘着性材料包括聚合物。
在一些实施例中，隔离层包括电解质。在一些实施例中，电解质包括离子液体、酸、碱及盐中的至少一个。在一些实施例中，电解质包括电解凝胶。
在一些实施例中，装置包括与第一电极电连通的第一集电体。在一些实施例中，装置包括与第二电极电连通的第二集电体。在一些实施例中，装置包括与第一电极电连通的第一集电体及与第二电极电连通的第二集电体。
在一些实施例中，印刷能量储存装置包括电容器。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括超级电容器。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括电池。
在一些实施例中，***包括多个堆叠在彼此顶部上的如本文所述的印刷能量储存装置。在一些实施例中，电装置包括本文所述的印刷能量储存装置或***。
在一些实施例中，印刷能量储存装置的膜包括硅藻壳。
在一些实施例中，硅藻壳具有实质上均一的性质。在一些实施例中，性质包括形状，例如包含圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。在一些实施例中，性质包括尺寸，例如包含直径、长度或最长轴。在一些实施例中，性质包括孔隙率。在一些实施例中，性质包括机械强度。
在一些实施例中，硅藻壳包括表面改质结构。在一些实施例中，表面改质结构包含导电材料。在一些实施例中，导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构包含氧化锌(ZnO)。在一些实施例中，表面改质结构包括半导体。在一些实施例中，半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构包括纳米线、纳米粒子以及具有重萼状的结构中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的外表面上。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的内表面上。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的内表面及外表面上。
在一些实施例中，硅藻壳包括表面改质材料。在一些实施例中，表面改质材料包括导电材料。在一些实施例中，表面改质材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。在一些实施例中，表面改质材料包含ZnO。在一些实施例中，表面改质材料包含半导体。在一些实施例中，半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的外表面上。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的内表面上。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的外表面及内表面上。
在一些实施例中，膜还包括导电填充剂。在一些实施例中，导电填充剂包括石墨碳。在一些实施例中，导电填充剂包括石墨烯。
在一些实施例中，膜还包括粘着性材料。在一些实施例中，粘着性材料包括聚合物。
在一些实施例中，膜还包括电解质。在一些实施例中，电解质包括离子液体、酸、碱及盐中的至少一个。在一些实施例中，电解质包括电解凝胶。
在一些实施例中，能量储存装置包括如本文所述的膜。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括电容器。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括超级电容器。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括电池。在一些实施例中，***包括多个堆叠在彼此顶部上的如本文所述的能量储存装置。在一些实施例中，电装置包括本文所述的印刷能量储存装置或***。
在一些实施例中，制造印刷能量储存装置的方法包括形成第一电极，形成第二电极，以及形成第一电极与第二电极之间的隔离层。第一电极、第二电极以及隔离层中的至少一个包含硅藻壳。
在一些实施例中，隔离层包含硅藻壳。在一些实施例中，形成隔离层包含形成硅藻壳的分散液。在一些实施例中，形成隔离层包含网版印刷隔离层。在一些实施例中，形成隔离层包含形成硅藻壳的膜。在一些实施例中，形成隔离层包含辊对辊印刷包含隔离层的膜。
在一些实施例中，第一电极包含硅藻壳。在一些实施例中，形成第一电极包含形成硅藻壳的分散液。在一些实施例中，形成第一电极包含网版印刷第一电极。在一些实施例中，形成第一电极包含形成硅藻壳的膜。在一些实施例中，形成第一电极包含辊对辊印刷包含第一电极的膜。
在一些实施例中，第二电极包含硅藻壳。在一些实施例中，形成第二电极包含形成硅藻壳的分散液。在一些实施例中，形成第二电极包含网版印刷第二电极。在一些实施例中，形成第二电极包含形成硅藻壳的膜。在一些实施例中，形成第二电极包含辊对辊印刷包含第二电极的膜。
在一些实施例中，方法还包括根据性质拣选硅藻壳。在一些实施例中，性质包括形状、尺寸、材料及孔隙率中的至少一个。
在一些实施例中，墨水包括溶液及分散于溶液中的硅藻壳。
在一些实施例中，硅藻壳具有实质上均一的性质。在一些实施例中，性质包括形状，例如包含圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。在一些实施例中，性质包括尺寸，例如包含直径、长度或最长轴。在一些实施例中，性质包括孔隙率。在一些实施例中，性质包括机械强度。
在一些实施例中，硅藻壳包括表面改质结构。在一些实施例中，表面改质结构包含导电材料。在一些实施例中，导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构包含氧化锌(ZnO)。在一些实施例中，表面改质结构包括半导体。在一些实施例中，半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构包括纳米线、纳米粒子以及具有重萼状的结构中的至少一个。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的外表面上。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的内表面上。在一些实施例中，表面改质结构处于硅藻壳的内表面及外表面上。
在一些实施例中，硅藻壳包括表面改质材料。在一些实施例中，表面改质材料包括导电材料。在一些实施例中，表面改质材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。在一些实施例中，表面改质材料包含ZnO。在一些实施例中，表面改质材料包含半导体。在一些实施例中，半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的外表面上。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的内表面上。在一些实施例中，表面改质材料处于硅藻壳的外表面及内表面上。
在一些实施例中，墨水还包括导电填充剂。在一些实施例中，导电填充剂包括石墨碳。在一些实施例中，导电填充剂包括石墨烯。
在一些实施例中，墨水还包括粘着性材料。在一些实施例中，粘着性材料包括聚合物。
在一些实施例中，墨水还包括电解质。在一些实施例中，电解质包括离子液体、酸、碱及盐中的至少一个。在一些实施例中，电解质包括电解凝胶。
在一些实施例中，装置包括本文所述的墨水中的至少一个。在一些实施例中，装置包括印刷能量储存装置。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括电容器。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括超级电容器。在一些实施例中，印刷能量储存装置包括电池。
提取硅藻壳(diatom frustules)部分的方法可包括将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中。可去除有机污染物及无机污染物中的至少一个。提取硅藻壳部分的方法可包括将多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中，所述表面活性剂减少所述多个硅藻壳部分的聚结。所述方法可包括使用盘式堆叠离心机提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。
在一些实施例中，至少一个共同特性可包含尺寸、形状、材料以及破碎程度中的至少一个。尺寸可包含长度及直径中的至少一个。
在一些实施例中，固体混合物可包括多个硅藻壳部分。提取硅藻壳部分的方法可包括减小固体混合物的粒子尺寸。减小固体混合物的粒子尺寸可在将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中之前进行。在一些实施例中，减小粒子尺寸可包括研磨固体混合物。研磨固体混合物可包含将研钵及研杵、罐磨机以及碎石机中的至少一个应用于固体混合物。
在一些实施例中，可提取最长组分尺寸大于多个硅藻壳部分的最长硅藻壳部分尺寸的固体混合物的组分。提取固体混合物的组分可包括筛出固体混合物。筛出固体混合物可包括使用具有约15微米至约25微米的目径的筛子处理固体混合物。筛出固体混合物可包括使用具有约10微米至约25微米的目径的筛子处理固体混合物。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括拣选多个硅藻壳部分以使第一硅藻壳部分与第二硅藻壳部分分离，所述第一硅藻壳部分具有较大的最长尺寸。举例来说，第一硅藻壳部分可包括多个未破碎的硅藻壳部分。第二硅藻壳部分可包括多个破碎的硅藻壳部分。
在一些实施例中，拣选多个硅藻壳部分可包括过滤多个硅藻壳部分。过滤可包括妨碍多个硅藻壳部分的聚结。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括搅拌。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括震荡。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括起泡。
过滤可包含将筛子应用于多个硅藻壳部分。举例来说，筛子可具有约5微米至约10微米(包含约7微米)的目径。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包含获得经洗涤的硅藻壳部分。获得经洗涤的硅藻壳部分可包括在去除有机污染物及无机污染物中的至少一个后，使用清洗溶剂洗涤多个硅藻壳部分。在一些实施例中，获得经洗涤的硅藻壳部分可包括使用清洗溶剂洗涤具有至少一个共同特性的硅藻壳部分。
可去除清洗溶剂。举例来说，去除清洗溶剂可包括在去除有机污染物及无机污染物中的至少一个后，沉降多个硅藻壳部分。举例来说，去除清洗溶剂可包括沉降具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。沉降多个硅藻壳部分可包括离心。在一些实施例中，离心可包括应用适合于大规模处理的离心机。在一些实施例中，离心可包括应用盘式堆叠离心机、倾析离心机以及管式离心机中的至少一个。
在一些实施例中，分散溶剂及清洗溶剂中的至少一个可包括水。
在一些实施例中，将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中及将多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中的至少一个可包括声波处理多个硅藻壳。
表面活性剂可包括阳离子表面活性剂。举例来说，阳离子表面活性剂可包括氯化苄烷铵(benzalkonium chloride)、西曲溴铵(cetrimonium bromide)、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵(lauryl methyl gluceth-10 hydroxypropyl dimoniumchloride)、苄索氯铵(benzethonium chloride)、苄索氯铵、博尼杜克(bronidox)、二甲基二(十八烷基)氯化铵(dmethyldioctadecylamoonium)以及氢氧化四甲基铵中的至少一个。
表面活性剂可包括非离子表面活性剂。举例来说，非离子表面活性剂可包括鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、辛酚乙氧基化物(Triton X-100TM)、壬苯醇醚-9(nonoxynol-9)、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯以及泊洛沙姆(poloxamer)中的至少一个。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括将多个硅藻壳分散于添加剂组分中。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可在将多个硅藻壳分散于表面活性剂中之前进行。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可在将多个硅藻壳分散于表面活性剂中之后进行。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可与将多个硅藻壳分散于表面活性剂中至少部分同时发生。添加剂组分可包含氯化钾、氯化铵、氢氧化铵以及氢氧化钠中的至少一个。
在一些实施例中，分散多个硅藻壳部分可包括获得包括约1重量百分比至约5重量百分比的多个硅藻壳部分的分散液。
在一些实施例中，去除有机污染物可包括在漂白剂存在下加热多个硅藻壳部分。漂白剂可包含过氧化氢及硝酸中的至少一个。加热多个硅藻壳部分可包括在包括范围为约10体积百分比至约20体积百分比的量的过氧化氢的溶液中加热多个硅藻壳部分。加热多个硅藻壳部分可包括加热多个硅藻壳部分持续约5分钟至约15分钟。
在一些实施例中，去除有机污染物可包括将多个硅藻壳部分退火。在一些实施例中，去除无机污染物可包括使多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合。使多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合可包含将多个硅藻壳部分混合于包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸的溶液中。举例来说，混合可持续约20分钟至约40分钟。
提取硅藻壳部分的方法可包含使用盘式堆叠离心机提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中。在一些实施例中，所述方法可包括去除有机污染物及无机污染物中的至少一个。在一些实施例中，所述方法可包括将多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中，所述表面活性剂减少所述多个硅藻壳部分的聚结。
至少一个共同特性可包含尺寸、形状、材料以及破碎程度中的至少一个。尺寸可包含长度及直径中的至少一个。
在一些实施例中，固体混合物可包括多个硅藻壳部分。提取硅藻壳部分的方法可包括减小固体混合物的粒子尺寸。减小固体混合物的粒子尺寸可在将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中之前进行。在一些实施例中，减小粒子尺寸可包括研磨固体混合物。研磨固体混合物可包含将研钵及研杵、罐磨机以及碎石机中的至少一个应用于固体混合物。
在一些实施例中，可提取最长组分尺寸大于多个硅藻壳部分的最长硅藻壳部分尺寸的固体混合物的组分。提取固体混合物的组分可包括筛出固体混合物。筛出固体混合物可包括使用具有约15微米至约25微米的目径的筛子处理固体混合物。筛出固体混合物可包括使用具有约10微米至约25微米的目径的筛子处理固体混合物。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括拣选多个硅藻壳部分以使第一硅藻壳部分与第二硅藻壳部分分离，所述第一硅藻壳部分具有较大的最长尺寸。举例来说，第一硅藻壳部分可包括多个未破碎的硅藻壳部分。第二硅藻壳部分可包括多个破碎的硅藻壳部分。
在一些实施例中，拣选多个硅藻壳部分可包括过滤多个硅藻壳部分。过滤可包括妨碍多个硅藻壳部分的聚结。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括搅拌。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括震荡。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括起泡。
过滤可包含将筛子应用于多个硅藻壳部分。举例来说，筛子可具有约5微米至约10微米(包含约7微米)的目径。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包含获得经洗涤的硅藻壳部分。获得经洗涤的硅藻壳部分可包括在去除有机污染物及无机污染物中的至少一个后，使用清洗溶剂洗涤多个硅藻壳部分。在一些实施例中，获得经洗涤的硅藻壳部分可包括使用清洗溶剂洗涤具有至少一个共同特性的硅藻壳部分。
可去除清洗溶剂。举例来说，去除清洗溶剂可包括在去除有机污染物及无机污染物中的至少一个后，沉降多个硅藻壳部分。举例来说，去除清洗溶剂可包括沉降具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。沉降多个硅藻壳部分可包括离心。在一些实施例中，离心可包括应用适合于大规模处理的离心机。在一些实施例中，离心可包括应用盘式堆叠离心机、倾析离心机以及管式离心机中的至少一个。
在一些实施例中，分散溶剂及清洗溶剂中的至少一个可包括水。
在一些实施例中，将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中及将多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中的至少一个可包括声波处理多个硅藻壳。
表面活性剂可包括阳离子表面活性剂。举例来说，阳离子表面活性剂可包括氯化苄烷铵、西曲溴铵、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵、苄索氯铵、苄索氯铵、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化铵以及氢氧化四甲基铵中的至少一个。
表面活性剂可包括非离子表面活性剂。举例来说，非离子表面活性剂可包括鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、辛酚乙氧基化物(Triton X-100TM)、壬苯醇醚-9、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯以及泊洛沙姆中的至少一个。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括将多个硅藻壳分散于添加剂组分中。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可在将多个硅藻壳分散于表面活性剂中之前进行。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可在将多个硅藻壳分散于表面活性剂中之后进行。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可与将多个硅藻壳分散于表面活性剂中至少部分同时发生。添加剂组分可包含氯化钾、氯化铵、氢氧化铵以及氢氧化钠中的至少一个。
在一些实施例中，分散多个硅藻壳部分可包括获得包括约1重量百分比至约5重量百分比的多个硅藻壳部分的分散液。
在一些实施例中，去除有机污染物可包括在漂白剂存在下加热多个硅藻壳部分。漂白剂可包含过氧化氢及硝酸中的至少一个。加热多个硅藻壳部分可包括在包括范围为约10体积百分比至约20体积百分比的量的过氧化氢的溶液中加热多个硅藻壳部分。加热多个硅藻壳部分可包括加热多个硅藻壳部分约5分钟至约15分钟的持续时间。
在一些实施例中，去除有机污染物可包括将多个硅藻壳部分退火。在一些实施例中，去除无机污染物可包括使多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合。使多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合可包含将多个硅藻壳部分混合于包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸的溶液中。举例来说，混合可持续约20分钟至约40分钟。
提取硅藻壳部分的方法可包含使用表面活性剂分散多个硅藻壳部分，所述表面活性剂减少所述多个硅藻壳部分的聚结。
提取硅藻壳部分的方法可包含使用盘式堆叠离心机提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中。在一些实施例中，可去除有机污染物及无机污染物中的至少一个。
在一些实施例中，至少一个共同特性可包含尺寸、形状、材料以及破碎程度中的至少一个。尺寸可包含长度及直径中的至少一个。
在一些实施例中，固体混合物可包括多个硅藻壳部分。提取硅藻壳部分的方法可包括减小固体混合物的粒子尺寸。减小固体混合物的粒子尺寸可在将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中之前进行。在一些实施例中，减小粒子尺寸可包括研磨固体混合物。研磨固体混合物可包含将研钵及研杵、罐磨机以及碎石机中的至少一个应用于固体混合物。
在一些实施例中，可提取最长组分尺寸大于多个硅藻壳部分的最长硅藻壳部分尺寸的固体混合物的组分。提取固体混合物的组分可包括筛出固体混合物。筛出固体混合物可包括使用具有约15微米至约25微米的目径的筛子处理固体混合物。筛出固体混合物可包括使用具有约10微米至约25微米的目径的筛子处理固体混合物。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括拣选多个硅藻壳部分以使第一硅藻壳部分与第二硅藻壳部分分离，所述第一硅藻壳部分具有较大最长尺寸。举例来说，第一硅藻壳部分可包括多个未破碎的硅藻壳部分。第二硅藻壳部分可包括多个破碎的硅藻壳部分。
在一些实施例中，拣选多个硅藻壳部分可包括过滤多个硅藻壳部分。过滤可包括妨碍多个硅藻壳部分的聚结。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括搅拌。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括震荡。在一些实施例中，妨碍多个硅藻壳部分的聚结可包括起泡。
过滤可包含将筛子应用于多个硅藻壳部分。举例来说，筛子可具有约5微米至约10微米(包含约7微米)的目径。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包含获得经洗涤的硅藻壳部分。获得经洗涤的硅藻壳部分可包括在去除有机污染物及无机污染物中的至少一个后，使用清洗溶剂洗涤多个硅藻壳部分。在一些实施例中，获得经洗涤的硅藻壳部分可包括使用清洗溶剂洗涤具有至少一个共同特性的硅藻壳部分。
可去除清洗溶剂。举例来说，去除清洗溶剂可包括在去除有机污染物及无机污染物中的至少一个后，沉降多个硅藻壳部分。举例来说，去除清洗溶剂可包括沉降具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。沉降多个硅藻壳部分可包括离心。在一些实施例中，离心可包括应用适合于大规模处理的离心机。在一些实施例中，离心可包括应用盘式堆叠离心机、倾析离心机以及管式离心机中的至少一个。
在一些实施例中，分散溶剂及清洗溶剂中的至少一个可包括水。
在一些实施例中，将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中及将多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中的至少一个可包括声波处理多个硅藻壳。
表面活性剂可包括阳离子表面活性剂。举例来说，阳离子表面活性剂可包括氯化苄烷铵、西曲溴铵、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵、苄索氯铵、苄索氯铵、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化铵以及氢氧化四甲基铵中的至少一个。
表面活性剂可包括非离子表面活性剂。举例来说，非离子表面活性剂可包括鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、辛酚乙氧基化物(Triton X-100TM)、壬苯醇醚-9、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯以及泊洛沙姆中的至少一个。
在一些实施例中，提取硅藻壳部分的方法可包括将多个硅藻壳分散于添加剂组分中。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可在将多个硅藻壳分散于表面活性剂中之前进行。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可在将多个硅藻壳分散于表面活性剂中之后进行。将多个硅藻壳分散于添加剂组分中可与将多个硅藻壳分散于表面活性剂中至少部分同时发生。添加剂组分可包含氯化钾、氯化铵、氢氧化铵以及氢氧化钠中的至少一个。
在一些实施例中，分散多个硅藻壳部分可包括获得包括约1重量百分比至约5重量百分比的多个硅藻壳部分的分散液。
在一些实施例中，去除有机污染物可包括在漂白剂存在下加热多个硅藻壳部分。漂白剂可包含过氧化氢及硝酸中的至少一个。加热多个硅藻壳部分可包括在包括范围为约10体积百分比至约20体积百分比的量的过氧化氢的溶液中加热多个硅藻壳部分。加热多个硅藻壳部分可包括加热多个硅藻壳部分约5分钟至约15分钟的持续时间。
在一些实施例中，去除有机污染物可包括将多个硅藻壳部分退火。在一些实施例中，去除无机污染物可包括使多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合。使多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合可包含将多个硅藻壳部分混合于包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸的溶液中。举例来说，混合可持续约20分钟至约40分钟。
在硅藻壳部分上形成银纳米结构的方法可包含在硅藻壳部分的表面上形成银晶种层。所述方法可包含在所述晶种层上形成纳米结构。
在一些实施例中，纳米结构可包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。在一些实施例中，纳米结构可包括银。
形成银晶种层可包括将循环加热方案应用于第一银供给组分及硅藻壳部分。在一些实施例中，应用循环加热方案可包括应用循环微波功率。应用循环微波功率可包括使微波功率在约100瓦与500瓦之间交替。举例来说，交替可包括每分钟交替微波功率。在一些实施例中，交替可包括交替微波功率持续约30分钟。在一些实施例中，交替可包括交替微波功率持续约20分钟至约40分钟。
在一些实施例中，形成银晶种层可包括使硅藻壳部分与晶种层溶液组合。晶种层溶液可包含第一银供给组分及晶种层还原剂。举例来说，晶种层还原剂可为晶种层溶剂。在一些实施例中，晶种层还原剂及晶种层溶剂可包括聚乙二醇。
在一些实施例中，晶种层溶液可包括第一银供给组分、晶种层还原剂以及晶种层溶剂。
形成银晶种层可包括使硅藻壳部分与晶种层溶液混合。在一些实施例中，混合可包括超声波处理。
在一些实施例中，晶种层还原剂可包括N,N-二甲基甲酰胺，第一银供给组分可包括硝酸银，且晶种层溶剂可包括水及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一个。
形成纳米结构可包括使硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合。在一些实施例中，形成纳米结构更可包含在使硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合后，加热硅藻壳部分。举例来说，加热可包括加热至约120℃至约160℃的温度。
在一些实施例中，形成纳米结构可包含使用包括纳米结构形成溶剂及第二银供给组分的滴定溶液滴定硅藻壳部分。在一些实施例中，形成纳米结构可包括在使用滴定溶液滴定硅藻壳部分后混合。
在一些实施例中，晶种层还原剂及纳米结构形成还原剂中的至少一个可包括肼、甲醛、葡萄糖、酒石酸钠、草酸、甲酸、抗坏血酸以及乙二醇中的至少一个。
在一些实施例中，第一银供给组分及第二银供给组分中的至少一个可包括银盐及氧化银中的至少一个。举例来说，银盐可包含硝酸银及氨硝酸银、氯化银(AgCl)、氰化银(AgCN)、四氟硼酸银、六氟磷酸银以及乙硫酸银中的至少一个。
可在减少氧化物形成的环境中形成纳米结构。举例来说，所述环境可包括氩气氛围。
在一些实施例中，晶种层溶剂及纳米结构形成溶剂中的至少一个可包括丙二醇、水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、辛醇、1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇、四氢糠醇(THFA)、环己醇、环戊醇、萜品醇、丁内酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、环己酮、环戊酮、环庚酮、环辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙酰丙酮、苯乙酮、环丙酮、异佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、乙酸甘油酯、羧酸酯、碳酸丙烯酯、甘油、二醇、三醇、四醇、五醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、乙二醇醚、乙二醇醚乙酸酯、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-戊二醇、己二醇(etohexadiol)、对薄荷烷-3,8-二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基甲酰胺(NMF)、二甲亚砜(DMSO)、亚硫酰氯以及硫酰氯中的至少一个。
硅藻壳部分可包括破碎的硅藻壳部分。硅藻壳部分可包括未破碎的硅藻壳部分。在一些实施例中，硅藻壳部分可经由硅藻壳部分分离制程来获得。举例来说，所述制程可包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
在硅藻壳部分上形成氧化锌纳米结构的方法可包含在硅藻壳部分的表面上形成氧化锌晶种层。所述方法可包括在氧化锌晶种层上形成纳米结构。
在一些实施例中，纳米结构可包括纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。在一些实施例中，纳米结构可包括氧化锌。
形成氧化锌晶种层可包括加热第一锌供给组分及硅藻壳部分。在一些实施例中，加热第一锌供给组分及硅藻壳部分可包括加热至范围为约175℃至约225℃的温度。
在一些实施例中，形成纳米结构可包括在包括第二锌供给组分的纳米结构形成溶液存在下，将加热方案应用于具有氧化锌晶种层的硅藻壳部分。加热方案可包括加热至纳米结构形成温度。举例来说，纳米结构形成温度可为约80℃至约100℃。在一些实施例中，加热可持续约一至约三小时。在一些实施例中，加热方案可包括应用循环加热程序。举例来说，循环加热程序可包含将微波加热应用于具有氧化锌晶种层的硅藻壳部分维持加热持续时间，且随后关闭微波加热维持冷却持续时间，历时总循环加热持续时间。在一些实施例中，加热持续时间可为约1分钟至约5分钟。在一些实施例中，冷却持续时间可为约30秒至约5分钟。总循环加热持续时间可为约5分钟至约20分钟。应用微波加热可包含应用约480瓦至约520瓦的微波功率，包含约80瓦至约120瓦的微波功率。
在一些实施例中，第一锌供给组分及第二锌供给组分中的至少一个可包括乙酸锌、乙酸锌水合物、硝酸锌、硝酸锌六水合物、氯化锌、硫酸锌以及锌酸钠中的至少一个。
在一些实施例中，纳米结构形成溶液可包含碱。举例来说，所述碱可包括氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化四甲铵、氢氧化锂、六亚甲基四胺、氨溶液、碳酸钠以及乙二胺中的至少一个。
在一些实施例中，形成纳米结构可包括添加添加剂组分。添加剂组分可包含三丁胺、三乙胺、三乙醇胺、二异丙胺、磷酸铵、1,6-己二醇、三乙基二乙醇(triethyldiethylnol)、异丙胺、环己胺、正丁胺、氯化铵、六亚甲基四胺、乙二醇、乙醇胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、溴化十六烷基三甲铵以及尿素中的至少一个。
在一些实施例中，纳米结构形成溶液及氧化锌晶种层形成溶液中的至少一个可包括溶剂，所述溶剂包括丙二醇、水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、辛醇、1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇、四氢糠醇(THFA)、环己醇、环戊醇、萜品醇、丁内酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、环己酮、环戊酮、环庚酮、环辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙酰丙酮、苯乙酮、环丙酮、异佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、乙酸甘油酯、羧酸酯、碳酸丙烯酯、甘油、二醇、三醇、四醇、五醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、乙二醇醚、乙二醇醚乙酸酯、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-戊二醇、己二醇、对薄荷烷-3,8-二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基甲酰胺(NMF)、二甲亚砜(DMSO)、亚硫酰氯以及硫酰氯中的至少一个。
硅藻壳部分可包括破碎的硅藻壳部分。硅藻壳部分可包括未破碎的硅藻壳部分。在一些实施例中，硅藻壳部分可经由硅藻壳部分分离制程来获得。举例来说，所述制程可包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
在硅藻壳部分上形成碳纳米结构的方法可包含在硅藻壳部分的表面上形成金属晶种层。所述方法可包含在所述晶种层上形成碳纳米结构。
在一些实施例中，碳纳米结构可包括碳纳米管。碳纳米管可包括单壁(single-walled)碳纳米管及多壁碳纳米管中的至少一个。
在一些实施例中，形成金属晶种层可包括喷涂硅藻壳部分的表面。在一些实施例中，形成金属晶种层可包括将硅藻壳部分的表面引入包括金属的液体、包括金属的气体以及包括金属的固体中的至少一个中。
在一些实施例中，形成碳纳米结构可包括使用化学气相沉积(CVD)。形成碳纳米结构可包括在将硅藻壳部分暴露于纳米结构形成碳气体后，将硅藻壳部分暴露于纳米结构形成还原气体。形成碳纳米结构可包括在将硅藻壳部分暴露于纳米结构形成碳气体之前，将硅藻壳部分暴露于纳米结构形成还原气体。在一些实施例中，形成碳纳米结构包括将硅藻壳部分暴露于包括纳米结构形成还原气体及纳米结构形成碳气体的纳米结构形成气体混合物。纳米结构形成气体混合物可包含中性气体。举例来说，中性气体可为氩气。
在一些实施例中，金属可包括镍、铁、钴、钴-钼双金属、铜、金、银、铂、钯、锰、铝、镁、铬、锑、铝-铁-钼(Al/Fe/Mo)、五羰基铁(Fe(CO)5)、硝酸铁(III)六水合物(Fe(NO3)3·6H2O)、氯化钴(II)六水合物(CoCl2·6H2O)、钼酸铵四水合物((NH4)6Mo7O24·4H2O)、二氯化钼(VI)二氧化物(MoO2Cl2)以及氧化铝纳米粉末中的至少一个。
在一些实施例中，纳米结构形成还原气体可包括氨气、氮气以及氢气中的至少一个。纳米结构形成碳气体可包括乙炔、乙烯、乙醇、甲烷、碳氧化物以及苯中的至少一个。
在一些实施例中，形成金属晶种层可包括形成银晶种层。形成银晶种层可包括在硅藻壳部分的表面上形成银纳米结构。
硅藻壳部分可包括破碎的硅藻壳部分。硅藻壳部分可包括未破碎的硅藻壳部分。在一些实施例中，硅藻壳部分可经由硅藻壳部分分离制程来获得。举例来说，所述制程可包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
制造银墨水的方法可包含使紫外光敏感组分与具有银纳米结构的多个硅藻壳部分在所述多个硅藻壳部分的表面上组合，所述表面包括多个穿孔。
在一些实施例中，制造银墨水的方法可包括在多个硅藻壳部分的表面上形成银晶种层。在一些实施例中，所述方法可包含在晶种层上形成银纳米结构。
多个硅藻壳部分可包含多个破碎的硅藻壳部分。多个硅藻壳部分可包含多个硅藻壳片(diatom frustule flake)。
在一些实施例中，银墨水在固化后可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中。在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个具有约250纳米至约350纳米的直径。在一些实施例中，银纳米结构可包括约10纳米至约500纳米的厚度。银墨水可包括在约50重量百分比至约80重量百分比的范围内的量的硅藻壳。
形成银晶种层可包含在多个穿孔内的表面上形成银晶种层，以形成多个镀银晶种的穿孔。形成银晶种层可包含在多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成银晶种层。
在一些实施例中，形成银纳米结构可包括在多个穿孔内的表面上形成银纳米结构，以形成多个镀银纳米结构的穿孔。形成银纳米结构可包括在多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成银纳米结构。
在一些实施例中，紫外光敏感组分可对波长比多个穿孔的尺寸短的光辐射敏感。紫外光敏感组分可对波长比多个镀银晶种的穿孔及多个镀银纳米结构的穿孔中的至少一个的尺寸短的光辐射敏感。
在一些实施例中，使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合可包含使多个硅藻壳部分与光引发剂组合。举例来说，光引发剂可包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯以及丙烯酸胺中的至少一个。
在一些实施例中，使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合可包含使多个硅藻壳部分与光引发剂组合。光引发剂可包含2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基-1-丙酮及异丙基硫杂蒽酮中的至少一个。
在一些实施例中，使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合可包含使多个硅藻壳部分与极性乙烯单体组合。举例来说，极性乙烯单体可包含N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己内酰胺中的至少一个。
制造银墨水的方法可包括使多个硅藻壳部分与流变改质剂组合。在一些实施例中，制造银墨水的方法可包括使多个硅藻壳部分与交联剂组合。在一些实施例中，所述方法可包含使多个硅藻壳部分与流动及调平剂组合。在一些实施例中，所述方法可包含使多个硅藻壳部分与粘合增强剂、湿润剂以及降粘剂中的至少一个组合。
银纳米结构可包含涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
在一些实施例中，形成银晶种层可包括将循环加热方案应用于第一银供给组分及多个硅藻壳部分。
形成银晶种层可包括使硅藻壳部分与晶种层溶液组合。举例来说，晶种层溶液可包括第一银供给组分及晶种层还原剂。
形成银纳米结构可包括使硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合。在一些实施例中，形成银纳米结构可包括在使硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合后，加热硅藻壳部分。在一些实施例中，形成银纳米结构可包括使用包括纳米结构形成溶剂及第二银供给组分的滴定溶液滴定硅藻壳部分。
在一些实施例中，多个硅藻壳部分可经由硅藻壳部分分离制程来获得。举例来说，所述制程可包含使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
导电银墨水可包含紫外光敏感组分。导电墨水可包含多个硅藻壳部分，在所述多个硅藻壳部分的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
多个硅藻壳部分可包含多个破碎的硅藻壳部分。多个硅藻壳部分可包含多个硅藻壳片。
在一些实施例中，银墨水可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中(例如，在固化后)。在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个具有约250纳米至约350纳米的直径。在一些实施例中，银纳米结构可包括约10纳米至约500纳米的厚度。银墨水可包括在约50重量百分比至约80重量百分比的范围内的量的硅藻壳。
在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个可包括具有银纳米结构的表面。
在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个包括具有银晶种层的表面。在一些实施例中，多个硅藻壳部分的实质上所有表面可包括银纳米结构。
在一些实施例中，紫外光敏感组分可对波长比多个穿孔的尺寸短的光辐射敏感。
在一些实施例中，导电银墨水可通过紫外辐射固化。在一些实施例中，多个穿孔可具有足以允许紫外辐射通过的尺寸。导电银墨水可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中(例如，在固化后)。
在一些实施例中，导电银墨水可热固化。
紫外光敏感组分可包含光引发剂。举例来说，光引发剂可包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯以及丙烯酸胺中的至少一个。
紫外光敏感组分可包含光引发剂。光引发剂可包含2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基-1-丙酮及异丙基硫杂蒽酮中的至少一个。
在一些实施例中，紫外光敏感组分可包含极性乙烯单体。举例来说，极性乙烯单体可包含N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己内酰胺中的至少一个。
导电银墨水可包含流变改质剂、交联剂、流动及调平剂、粘合增强剂、湿润剂以及降粘剂中的至少一个。在一些实施例中，银纳米结构可包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
制造银膜的方法可包含固化包括紫外光敏感组分及多个硅藻壳部分的混合物，在所述多个硅藻壳部分的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
在一些实施例中，制造银膜的方法可包括在多个硅藻壳部分的表面上形成银晶种层。在一些实施例中，所述方法可包括在晶种层上形成银纳米结构。在一些实施例中，所述方法可包含使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合而形成银墨水。
多个硅藻壳部分可包括多个破碎的硅藻壳部分。多个硅藻壳部分可包括多个硅藻壳片。
在一些实施例中，银墨水可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中(例如，在固化后)。在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个具有约250纳米至约350纳米的直径。在一些实施例中，银纳米结构可包括约10纳米至约500纳米的厚度。银墨水可包括在约50重量百分比至约80重量百分比的范围内的量的硅藻壳。
形成银晶种层可包括在多个穿孔内的表面上形成银晶种层，以形成多个镀银晶种的穿孔。形成银晶种层可包括在多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成银晶种层。
形成银纳米结构可包括在多个穿孔内的表面上形成银纳米结构，以形成多个镀银纳米结构的穿孔。形成银纳米结构可包括在多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成银纳米结构。
在一些实施例中，固化混合物可包括使混合物曝露于波长比多个穿孔的尺寸短的紫外光。在一些实施例中，固化混合物可包括使混合物曝露于波长比多个镀银晶种的穿孔及多个镀银纳米结构的穿孔中的至少一个的尺寸短的紫外光。
在一些实施例中，固化混合物可包括热固化混合物。
紫外光敏感组分可对波长比多个穿孔的尺寸短的光辐射敏感。在一些实施例中，紫外光敏感组分可对波长比多个镀银晶种的穿孔及多个镀银纳米结构的穿孔中的至少一个的尺寸短的光辐射敏感。
使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合可包括使多个硅藻壳部分与光引发剂组合。举例来说，光引发剂可包含乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯以及丙烯酸胺中的至少一个。
在一些实施例中，使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合可包括使多个硅藻壳部分与光引发剂组合。光引发剂可包含2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基-1-丙酮及异丙基硫杂蒽酮中的至少一个。
在一些实施例中，使多个硅藻壳部分与紫外光敏感组分组合可包括使多个硅藻壳部分与极性乙烯单体组合。极性乙烯单体可包含N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己内酰胺中的至少一个。
制造导电银墨水的方法可包含使多个硅藻壳部分与流变改质剂组合。在一些实施例中，制造导电银墨水的方法可包含使多个硅藻壳部分与交联剂组合。在一些实施例中，所述方法可包括使多个硅藻壳部分与流动及调平剂组合。所述方法可包含使多个硅藻壳部分与粘合增强剂、湿润剂以及降粘剂中的至少一个组合。
在一些实施例中，银纳米结构可包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
在一些实施例中，形成银晶种层可包括将循环加热方案应用于第一银供给组分及多个硅藻壳部分。
形成银晶种层可包括使硅藻壳部分与晶种层溶液组合。举例来说，晶种层溶液可包括第一银供给组分及晶种层还原剂。
形成银纳米结构可包括使硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合。在一些实施例中，形成银纳米结构可包括在使硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合后，加热硅藻壳部分。在一些实施例中，形成银纳米结构可包括使用包括纳米结构形成溶剂及第二银供给组分的滴定溶液滴定硅藻壳部分。
在一些实施例中，多个硅藻壳部分可经由硅藻壳部分分离制程来获得。举例来说，所述制程可包含使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
导电银膜可包含多个硅藻壳部分，在所述多个硅藻壳部分的每一个的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
在一些实施例中，多个硅藻壳部分可包括多个破碎的硅藻壳部分。多个硅藻壳部分可包含多个硅藻壳片。
在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个具有约250纳米至约350纳米的直径。在一些实施例中，银纳米结构可包括约10纳米至约500纳米的厚度。
在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个可包括具有银纳米结构的表面。在一些实施例中，多个穿孔中的至少一个可包括具有银晶种层的表面。多个硅藻壳部分的实质上所有表面可包括银纳米结构。
在一些实施例中，银纳米结构可包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
在一些实施例中，导电银膜可包括粘合剂树脂。
印刷能量储存装置可包含第一电极、第二电极和在第一电极与第二电极之间的隔离层，其中第一电极和第二电极中的至少一个可包含多个具有含锰纳米结构的硅藻壳。
在一些实施例中，硅藻壳具有实质上均一的性质，实质上均一的性质包含硅藻壳形状、硅藻壳尺寸、硅藻壳孔隙率、硅藻壳机械强度、硅藻壳材料和硅藻壳破碎程度中的至少一个。
在一些实施例中，含锰纳米结构可包含锰的氧化物。锰的氧化物可包含氧化锰(II,III)。锰的氧化物可包含氧氢氧化锰(manganese oxyhydroxide)。
在一些实施例中，第一电极和第二电极中的至少一个可包含具有氧化锌纳米结构的硅藻壳。氧化锌纳米结构可包含纳米线和纳米板中的至少一个。
在一些实施例中，含锰纳米结构覆盖硅藻壳的实质上所有表面。在一些实施例中，含锰纳米结构覆盖硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖硅藻壳的其它表面，含锰纳米结构与含碳纳米结构相穿插。
能量储存装置的膜可包含具有含锰纳米结构的硅藻壳。
在一些实施例中，含锰纳米结构可包含锰的氧化物。锰的氧化物可包含氧化锰(II,III)。锰的氧化物可包含氧氢氧化锰。在一些实施例中，含锰纳米结构覆盖硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖硅藻壳的其它表面，含锰纳米结构与含碳纳米结构相穿插。
在一些实施例中，至少一些含锰纳米结构可为纳米纤维。在一些实施例中，至少一些含锰纳米结构具有四面体形状。
在一些实施例中，能量储存装置包含锌-锰电池。
用于印刷膜的墨水可包含溶液，且具有含锰纳米结构的硅藻壳分散于溶液中。
在一些实施例中，含锰纳米结构可包含锰的氧化物。在一些实施例中，含锰纳米结构可包含MnO2、MnO、Mn2O3、MnOOH和Mn3O4中的至少一个。
在一些实施例中，至少一些含锰纳米结构可包含纳米纤维。在一些实施例中，至少一些含锰纳米结构具有四面体形状。
在一些实施例中，含锰纳米结构覆盖硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖硅藻壳的其它表面，含锰纳米结构与含碳纳米结构相穿插。
出于概述本发明及所取得的优于先前技术的优势的目的，本文描述某些目标及优势。当然，应了解所有所述目标或优势不一定需要根据任何具体实施例来实现。因此，举例来说，本领域技术人员应认识到，本发明可按照可实现或最佳化一个优势或一组优势而不一定实现其它目标或优势的方式来实施或进行。
所有这些实施例意欲属于本文中所揭示的本发明的范围内。本领域技术人员将根据已参考附图的以下实施方式而显而易见这些及其它实施例，本发明不限于任何特定的所揭示实施例。
附图说明
参考某些实施例的图式描述本发明的这些及其它特征、方面以及优势，所述图式意欲说明某些实施例而非限制本发明。
图1为包括硅藻壳的硅藻土的扫描电子显微镜(SEM)图像。
图2为包含多孔表面的实例硅藻壳的SEM图像。
图3为各具有实质上圆柱形的实例硅藻壳的SEM图像。
图4A及4B为硅藻壳分离制程的实例步骤的流程图。
图5A展示在外表面及内表面上皆包括结构的硅藻壳的实施例。
图5B展示用银接晶种的实例硅藻壳表面在50k×放大倍率下的SEM图像。
图5C展示用银接晶种的硅藻壳表面在250k×放大倍率下的SEM图像。
图5D展示上面形成有银纳米结构的硅藻壳表面在20k×放大倍率下的SEM图像。
图5E展示上面形成有银纳米结构的硅藻壳表面在150k×放大倍率下的SEM图像。
图5F展示具有由银纳米结构涂布的表面的硅藻壳片在25k×放大倍率下的SEM图像。
图5G展示用氧化锌接晶种的硅藻壳表面在100k×放大倍率下的SEM图像。
图5H展示用氧化锌接晶种的硅藻壳表面在100k×放大倍率下的SEM图像。
图5I展示上面形成有氧化锌纳米线的硅藻壳表面在50k×放大倍率下的SEM图像。
图5J展示上面形成有氧化锌纳米线的硅藻壳表面在25k×放大倍率下的SEM图像。
图5K展示上面形成有氧化锌纳米板的硅藻壳表面在10k×放大倍率下的SEM图像。
图5L展示上面形成有银纳米结构的硅藻壳表面在50k×放大倍率下的SEM图像。
图5M展示上面形成有氧化锌纳米线的硅藻壳表面在10k×放大倍率下的SEM图像。
图5N展示上面形成有氧化锌纳米线的硅藻壳表面在100k×放大倍率下的SEM图像。
图5O展示上面形成有氧化锰纳米结构的硅藻壳表面在20k×放大倍率下的SEM图像。
图5P展示上面形成有氧化锰纳米结构的硅藻壳表面在50k×放大倍率下的SEM图像。
图5Q展示形成于硅藻壳表面上的氧化锰纳米晶体的TEM图像。
图5R展示氧化锰粒子的电子衍射图像。
图5S展示上面形成有含锰纳米纤维的硅藻壳表面在10k×放大倍率下的SEM图像。
图6示意性说明能量储存装置的实施例。
图7展示硅藻壳并入隔离层的能量储存装置的隔离层的实施例。
图8展示硅藻壳并入电极层的能量储存装置的电极的实施例。
符号说明：
10：硅藻壳
12：多孔表面
14：开口
20：分离制程
50：硅藻壳
52：结构
60：硅藻壳
60A：硅藻壳片
62：银晶种
64：银纳米结构
70：硅藻壳
72：晶种
74：纳米线
76：纳米板
80：硅藻壳
82：纳米结构
90：硅藻壳
92：纳米结构(含锰纳米结构)
100：能量储存装置
110：集电体
120：集电体
130：隔离层
140：第一电极
150：第二电极
300：隔离层
320：硅藻壳
340：电解质
360：聚合物
400：电极(电极层或膜)
420：硅藻壳
460：导电填充剂
具体实施方式
虽然某些实施例及实例描述如下，但本领域技术人员应理解本发明扩展超出特定揭示的实施例和/或用途及其明显修饰与等效物。因此，其目的在于本文中所揭示的本发明的范围不应由如下所述的任何具体实施例限制。
用于对电子装置供电的能量储存装置一般包含电池(例如可充电电池)、电容器以及超级电容器(例如EDLC)。能量储存装置可包括不对称能量储存装置，包括例如电池-电容器混合装置。能量储存装置可使用诸如网版印刷、辊对辊印刷、喷墨印刷等的印刷技术制造。印刷能量储存装置可有助于减小能量储存装置厚度，允许实现紧密能量储存。印刷能量储存装置可通过促进例如能量储存装置的堆叠而允许增加能量储存密度。增加能量储存密度可促进将印刷能量储存装置用于具有大功率需求的应用，诸如太阳能储存。与具有刚性外壳的能量储存装置不同，印刷能量储存装置可在可挠性衬底上实施，使得允许实现可挠性能量储存装置。可挠性能量储存装置可促进制造诸如可挠性电子显示媒体的可挠性电子装置。由于减小的厚度和/或可挠性结构，印刷能量储存装置可给美容贴片、医学诊断产品、远端感测器阵列、智慧卡、智慧包装、智慧服装、贺卡等供电。
印刷能量储存装置的可靠性及耐用性可能为阻碍印刷电池的采用增加的因素。印刷能量储存装置典型地缺少刚性外壳，因此印刷能量储存装置可能无法在使用或生产中经得起压缩压力或形变操作。能量储存装置层厚度响应于压缩压力或形变操作的变化可能不利地影响装置可靠性。举例来说，一些印刷能量储存装置包含由隔离层隔开的电极。隔离层厚度的偏差可能在电极之间引起短路，诸如当隔离层为可压缩的且未能在压缩压力或形变操作下维持电极之间的分离时。
与制造印刷能量储存装置相关的成本也可为阻碍将印刷能量储存装置用于给较宽范围的应用供电的因素。使用印刷技术的能量储存装置的可靠制造可促进有成本效益的能量储存装置的生产。能量储存装置的印刷可使得装置印刷制程能够整合至电子装置(包含例如由印刷能量储存装置供电的印刷电子装置)的生产中，从而可能进一步实现成本节约。然而，不适当的装置结构坚固性可能阻碍在整个制造过程中的装置完整性，降低一些印刷技术的可行性且妨碍印刷能量储存装置的有成本效益的生产。印刷能量储存装置层的厚度也可能妨碍在制造过程中使用某些印刷技术，例如归因于装置层厚度大于印刷技术可有效印刷的膜厚度。
如本文所述，硅藻壳可具有显著机械强度或抗剪应力性，例如归因于尺寸、形状、孔隙率和/或材料。根据本文所述的一些实施，能量储存装置包含一或多个包括硅藻壳的组件，例如印刷能量储存装置的一或多个层或膜。包括硅藻壳的能量储存装置可具有机械强度和/或结构完整性，使得能量储存装置能够承受可能在制造或使用期间出现的压缩压力和/或形变操作而未毁坏，使得装置可靠性可增加。包括硅藻壳的能量储存装置可抵抗层厚度的变化，使得能够维持均一或实质上均一的装置层厚度。举例来说，包括硅藻壳的隔离层可通过维持电极之间的均一或实质上均一的间距以抑制或阻止装置中的短路而承受压缩压力或形变操作，由此促进经改良的能量储存装置可靠性。
包括硅藻壳的能量储存装置中机械强度增加可促进使用不同印刷技术可靠地制造能量储存装置，由此允许实现有成本效益的装置制造，归因于产率增加和/或制造过程与由所述装置供电的应用的生产过程的整合。
能量储存装置可使用包括硅藻壳的墨水印刷。举例来说，印刷能量储存装置的一或多个膜可包括硅藻壳。具有硅藻壳的印刷能量储存装置的一或多个膜可可靠地印刷于多种衬底上，包含(但不限于)可挠性或不可挠的衬底、纺织物、装置、塑胶、任何种类的薄膜(诸如金属或半导体薄膜)、任何种类的纸、其组合和/或类似物。举例来说，合适衬底可包含石墨纸、石墨烯纸、聚酯薄膜(例如迈拉(Mylar))、聚碳酸酯薄膜、铝箔、铜箔、不锈钢箔、发泡碳(carbon foam)、其组合和/或类似物。归因于某些所述印刷能量储存装置的可靠性增加，例如归因于坚固性由于一或多个包括硅藻壳的层而增加，在可挠性衬底上制造印刷能量储存装置可允许实现可用于一系列广泛装置及实施的可挠性印刷能量储存装置。
包括硅藻壳的印刷能量储存装置的经改良的机械强度也可允许实现印刷装置层厚度的减小。举例来说，硅藻壳可为能量储存装置层提供结构支撑，使得较薄层能够具有足以承受压缩压力或形变操作的结构坚固性，因而可减小总装置厚度。印刷能量储存装置的厚度降低可进一步促进印刷装置的能量储存密度和/或允许实现印刷装置的更广泛使用。
包括硅藻壳的印刷能量储存装置可具有经改良的装置效能，例如经改良的装置效率。能量储存装置层的厚度减小可使得装置效能能够得以改良。能量储存装置的效能可至少部分视能量储存装置的内电阻而定。举例来说，能量储存装置的效能可至少部分视第一与第二电极之间的间距而定。针对给定可靠性量度的隔离层膜厚度降低减小了第一与第二电极之间的距离，其可减小内电阻且改良能量储存装置的效率。能量储存装置的内电阻也可至少部分视第一与第二电极之间离子物种的迁移而定。硅藻壳表面的孔隙率可允许实现离子物种的迁移。举例来说，包括硅藻壳的隔离层可使得能量储存装置的电极能够在结构上更坚固的分离，同时促进电极之间离子物种的迁移。硅藻壳表面孔隙率可促进移动离子物种在第一电极与第二电极之间的直接通路，从而减小电阻和/或增加效率。包括硅藻壳的电极层的厚度减小及电极硅藻壳的孔隙率也可使得储存装置效能能够得以改良。减小的电极厚度可增加离子物种对电极内的活性材料的接近。电极中硅藻壳的孔隙率和/或导电性可促进电极内离子物种的迁移。电极中的硅藻壳也可通过例如充当上面可施用或形成活性材料和/或包括活性材料的结构的衬底而允许实现增加活性材料的表面积且由此促进离子物种对活性材料的接近，而使得装置效能能够得以改良。
图1为包括硅藻壳10的硅藻土的扫描电子显微镜(SEM)图像。硅藻壳10具有大体上圆柱形，但一些硅藻壳为破碎的或呈不同形状。在一些实施例中，圆柱形硅藻壳10具有约3微米至约5微米的直径。在一些实施例中，圆柱形硅藻壳10具有约10微米至约20微米的长度。其它直径和/或长度亦为可能的。硅藻壳10可具有显著机械强度或抗剪应力性，例如归因于架构(例如尺寸、形状)、材料、其组合和/或类似物。举例来说，硅藻壳10的机械强度可与硅藻壳10的大小呈逆相关。在一些实施例中，最长轴在约30微米至约130微米范围内的硅藻壳10可承受约90微牛顿至约730微牛顿的压缩力。
图2为包含多孔表面12的实例硅藻壳10的SEM图像。多孔表面12包含圆形或实质上圆形开口14。其它形状的开口14亦为可能的(例如曲线形、多边形、长条形等)。在一些实施例中，硅藻壳10的多孔表面12具有均一或实质上均一的孔隙率，例如包含具有均一或实质上均一的形状、尺寸和/或间距的开口14(例如，如图2中所示)。在一些实施例中，硅藻壳10的多孔表面12具有不同孔隙率，例如包含具有不同形状、尺寸和/或间距的开口14。多个硅藻壳10的多孔表面12可具有均一或实质上均一的孔隙率，或不同硅藻壳10的多孔表面12的孔隙率可不同。多孔表面12可包括纳米孔隙率，包含例如微孔隙率、中孔隙率和/或大孔隙率。
图3为各具有圆柱形或实质上圆柱形的实例硅藻壳10的SEM图像。硅藻壳特征可在不同硅藻种类中不同，每一硅藻种类具有不同形状、大小、孔隙率、材料和/或另一硅藻壳属性的硅藻壳。可能为市售(例如来自澳大利亚堪培拉的希尔维亚山硅藻土有限公司(MountSylvia Diatomite Pty Ltd of Canberra,Australia)、佛罗里达劳德戴尔堡的美国百洲化学(Continental Chemical USA of Fort Lauderdale,Florida)、佐治亚州梅肯的林特国际有限责任公司(Lintech International LLC of Macon,Georgia)等)的硅藻土可充当硅藻壳的来源。在一些实施例中，根据预定硅藻壳特征拣选硅藻土。举例来说，拣选可使得硅藻壳各包含预定特征，诸如形状、尺寸、材料、孔隙率、其组合和/或类似特征。拣选硅藻壳可包含一或多个分离制程，诸如过滤、筛出(例如使用振动筛根据硅藻壳形状或大小分离)、涉及轴向涡流或离心技术的分离制程(例如用于根据硅藻壳密度分离)、任何其它的合适固体-固体分离制程、其组合和/或类似方法。硅藻壳也可为在获得(例如自市售来源)时已根据硅藻壳特征拣选的硅藻壳，使得硅藻壳已包括均一或实质上均一的形状、大小、材料、孔隙率、另一预定硅藻壳属性、其组合和/或类似特征。举例来说，可自一个地理区域(例如，诸如美国、秘鲁、澳大利亚等的国家区域；地球区域；等)和/或一类天然环境(例如淡水环境、咸水环境等)获得的硅藻壳可包括典型地见于所述地理区域和/或环境的种类的硅藻壳，从而提供具有均一或实质上均一的形状、大小、材料、孔隙率、另一预定硅藻壳属性、其组合和/或类似物的硅藻壳。
在一些实施例中，分离制程可用于拣选硅藻壳，以便仅保留或实质上仅保留未破碎的硅藻壳。在一些实施例中，分离制程可用于去除破碎硅藻壳或小硅藻壳，产生具有特定长度和/或直径的仅或实质上仅圆柱形硅藻壳10(例如，如图3中所说明)。去除破碎硅藻壳的分离制程可包含诸如使用具有所选目径的筛子筛出以仅保留或实质上仅保留具有预定尺寸的硅藻壳。举例来说，筛子的目径可经选择以去除具有不超过约40微米、不超过约30微米、不超过约20微米或不超过约10微米且包含以上述值作为界限并包含上述值的范围的尺寸(例如长度或直径)的硅藻壳。其它筛目大小也可为合适的。
在一些实施例中，去除破碎硅藻壳的分离制程包含将超声波应用于流体分散液中所置放的硅藻壳，包含例如超声波处理，在此期间分散于水浴中的硅藻壳经受超声波。可至少部分基于硅藻壳的一或多个属性来调节声波处理参数(诸如功率、频率、持续时间和/或类似参数)。在一些实施例中，超声波处理包含使用频率在约20千赫(kHz)与约100kHz之间、在约30kHz与约80kHz之间以及在约40kHz与约60kHz之间的声波。在一些实施例中，超声波处理可使用具有约20kHz、约25kHz、约30kHz、约35kHz、约40kHz、约45kHz以及以上述值作为界线且包含上述值的范围的频率的声波。超声波处理步骤可具有约2分钟至约20分钟、约2分钟至约15分钟以及约5分钟至约10分钟的持续时间。在一些实施例中，超声波处理步骤可具有约2分钟、约5分钟、约10分钟以及以上述值作为界线且包含上述值的范围的持续时间。举例来说，硅藻壳-流体样品可经受在约35kHz的频率下的超声波持续约5分钟。
在一些实施例中，分离制程包含沉降。举例来说，分离制程可包含超声波处理及沉降，使得硅藻壳-流体样品的较重粒子可在超声波处理期间自硅藻壳-流体样品的悬浮相沉淀出。在一些实施例中，硅藻壳-流体样品的较重粒子的沉降过程具有约15秒至约120秒、约20秒至约80秒以及约30秒至约60秒的持续时间。在一些实施例中，沉降具有不超过约120秒、不超过约60秒、不超过约45秒、不超过约30秒的持续时间。
去除破碎硅藻壳的分离制程可包含使用高速离心技术进行基于密度的物理分离，包含例如超速离心步骤。举例来说，分离制程可包含硅藻壳-流体样品的悬浮相的超速离心。超速离心参数(诸如角速度、持续时间和/或类似参数)可至少部分视悬浮相的组成(例如硅藻壳的密度)和/或所用设备的特性而定。举例来说，悬浮相可在约10,000转/分(RPM)至约40,000RPM、约10,000RPM至约30,000RPM、约10,000RPM至约20,000RPM以及约10,000RPM至约15,000RPM的角速度下超速离心。悬浮相可超速离心约1分钟至约5分钟、约1分钟至约3分钟以及约1分钟至约2分钟的持续时间。举例来说，硅藻壳-流体样品的悬浮相可在约13,000RPM的角速度下超速离心约1分钟。
图4A及4B为硅藻壳分离制程20的实例步骤的流程图。所述制程20可使得破碎和/或未破碎的硅藻壳能够与包括例如破碎及未破碎的硅藻壳的固体混合物分离。在一些实施例中，分离制程20允许实现大规模硅藻壳拣选。
如本文所述，可存在用于纳米结构化材料和/或纳米装置的两个硅藻壳来源：活硅藻及硅藻土。硅藻可直接自自然界获得或经培养。可在几天内人工培养大量相同二氧化硅硅藻壳。为将天然硅藻用于纳米结构化材料和/或纳米装置，可执行分离制程以使硅藻与其它有机材料和/或物质分离。另一途径为使用硅藻土。沉降物为丰富的，且材料具有低成本。
硅藻土可具有范围介于不同硅藻种类的混合物至单个硅藻种类的硅藻壳(例如包含一些淡水沉降物)。硅藻土可包括破碎和/或完整的硅藻壳外加不同来源的污染材料。视应用而定，吾人可仅使用完整的硅藻壳、仅使用破碎的硅藻壳，或使用两者的混合物。举例来说，当分离完整硅藻壳时，可使用具有一种硅藻壳的硅藻土。
在一些实施例中，一种分离方法包括使完整的硅藻壳与硅藻壳的碎片分离。在一些实施例中，分离制程包括根据共同硅藻壳特性(例如包含长度或直径的尺寸、形状和/或材料)拣选完整的硅藻壳，和/或基于共同硅藻壳特性(例如包含长度或直径的尺寸、形状、破碎程度和/或材料)拣选硅藻壳的部分。举例来说，分离制程可允许实现提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳或硅藻壳的部分。在一些实施例中，分离制程包括自硅藻壳和/或硅藻壳的部分去除具有不同化学来源的污染材料。
在长时间内保持不变的硅藻及硅藻壳有时用于生物学、生态学以及相关地球科学研究。已开发许多自水或沉降物提取硅藻壳的小样品的途径。沉降物(硅藻土)含有硅藻壳(破碎及未破碎的)以及碳酸盐、云母、粘土、有机物及其它沉积粒子。分离未破碎的硅藻壳可涉及三个主要步骤：去除有机残余物、去除不同化学来源的粒子、以及去除碎片。去除有机物可通过在漂白剂(例如过氧化氢和/或硝酸)中加热样品和/或在较高温度下退火来实现。碳酸盐、粘土以及其它可溶性非二氧化硅材料可通过盐酸和/或硫酸去除。为了分离破碎及未破碎的硅藻壳，可应用若干技术：筛出、沉降及离心、与重质液体一起离心、以及分流侧向输送薄层分离池(split-flow lateral-transport thin separation cell)及其组合。所有这些途径的问题可能通常为破碎及未破碎的硅藻壳的聚集，其可能削弱分离的品质和/或可能使得分离制程仅适用于实验室规模样品。
按比例扩大分离程序可使得硅藻壳能够用作工业纳米材料。
在一些实施例中，可用于工业规模硅藻分离的分离程序包括分离具有至少一个共同特性的硅藻壳部分。举例来说，共同特性可为未破碎的硅藻壳或破碎的硅藻壳。如图4A及4B中所示的分离制程20为允许实现工业规模硅藻分离的实例分离程序。在一些实施例中，允许实现大规模硅藻分离的分离程序，使得能够诸如通过使用表面活性剂和/或盘式堆叠离心机减少硅藻壳的聚结。在一些实施例中，使用表面活性剂可允许实现大规模分离。在一些实施例中，使用盘式堆叠离心机(例如乳脂分离机型离心制程)可允许实现大规模分离。举例来说，使用表面活性剂分散硅藻壳连同使用盘式堆叠离心机来基于硅藻壳特性拣选硅藻壳可通过使得能够减少硅藻壳的聚结而促进大规模硅藻分离。传统的非盘式堆叠离心制程将引起硅藻壳沉降。弃去上清液(supernatant)，且将沉降硅藻壳再分散在溶剂中，此后离心将再次引起硅藻壳沉降。重复此制程直至实现所需分离。盘式堆叠离心制程可连续再分散且分离沉降硅藻壳。举例来说，富于完整硅藻的相可被持续循环经过盘式堆叠离心机，从而变得愈来愈增浓。在一些实施例中，盘式堆叠离心机可使得破碎的硅藻壳能够与未破碎的硅藻壳分离。在一些实施例中，盘式堆叠离心机可允许实现根据硅藻壳特性来拣选硅藻壳。举例来说，盘式堆叠离心机可允许实现提取具有至少一个共同特性(例如尺寸、形状、破碎程度和/或材料)的硅藻壳。
允许实现工业规模硅藻分离的分离程序，诸如图4A及4B中所示的分离制程20，可包含以下步骤：
1.包括硅藻壳和/或硅藻壳的部分的固体混合物(例如硅藻土)的粒子可为岩石且可分解为较小粒子。举例来说，可减小固体混合物的粒径以促进分离制程20。在一些实施例中，为了获得粉末，可例如使用研钵及研杵、罐磨机、碎石机、其组合和/或类似物适度碾压或研磨硅藻土。
2.在一些实施例中，可经由筛出步骤去除大于硅藻壳或硅藻壳的部分的硅藻土组分。在一些实施例中，在已碾压硅藻土后执行筛出步骤。举例来说，可筛出硅藻土粉末以去除比硅藻壳大的粉末粒子。在一些实施例中，可通过将固体混合物(例如经碾压的硅藻土)分散于液体溶剂中而促进筛出。溶剂可为水和/或其它合适液体溶剂。可通过声波处理包括固体混合物及溶剂的混合物来促进固体混合物分散于溶剂中。其它辅助分散的方法也可为合适的。在一些实施例中，分散液包括重量百分比在约1重量百分比至约5重量百分比、约1重量百分比至约10重量百分比、约1重量百分比至约15重量百分比、或约1重量百分比至约20重量百分比的范围内的硅藻。可减小分散液中固体混合物的浓度，以促进筛出步骤去除大于硅藻的分散液粒子。筛孔视样品中硅藻的大小而定。举例来说，合适筛子可包括约20微米的目径，或使得能够自分散液去除固体混合物的大于硅藻的粒子的任何其它目径(例如具有约15微米至约25微米、或约10微米至约25微米的目径的筛子)。摇筛器可用于有效增加穿过筛子的流动。
3.在一些实施例中，分离制程包含纯化步骤以便自硅藻(例如硅藻壳或硅藻壳的部分)去除有机污染物。去除有机污染物的合适制程可包括在漂白剂(例如硝酸和/或过氧化氢)中浸入和/或加热硅藻，和/或在较高温度下将硅藻退火。举例来说，可在包括约10体积百分比至约50体积百分比(例如30体积百分比)过氧化氢的一定体积的溶液中加热硅藻的样品历时约1分钟至约15分钟(例如10分钟)。其它组成、浓度和/或持续时间可为合适的。举例来说，所用溶液的组成、所用溶液的浓度和/或加热的持续时间可视欲纯化的样品的组成(例如有机污染物和/或硅藻的类型)而定。在一些实施例中，可在溶液中加热硅藻直至溶液停止或实质上停止起泡(例如表明有机污染物的去除完成或实质上完成)，以促进充分去除有机污染物。可重复在溶液中浸入和/或加热硅藻直至有机污染物已被去除或实质上去除。
自有机污染物纯化硅藻后可接着用水洗涤。在一些实施例中，可用液体溶剂(例如水)洗涤硅藻。可经由沉降制程(包含例如离心步骤)自溶剂分离硅藻。合适离心机技术可包含例如盘式堆叠离心机、倾析离心机、管式离心机、其组合和/或类似物。
4.在一些实施例中，分离制程包含纯化步骤，以去除无机污染物。可通过将硅藻与盐酸和/或硫酸混合来去除无机污染物。无机污染物可包含碳酸盐、粘土以及其它可溶性非二氧化硅材料。举例来说，硅藻的样品可与包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸(例如约20体积百分比盐酸)的一定体积溶液混合约20分钟至约40分钟(例如约30分钟)的持续时间。其它组成、浓度和/或持续时间可为合适的。举例来说，所用溶液的组成、所用溶液的浓度和/或混合的持续时间可视欲纯化的样品的组成(例如无机污染物和/或硅藻的类型)而定。在一些实施例中，硅藻可混合于溶液中直至溶液停止或实质上停止起泡(例如表明无机污染物的去除完成或实质上完成)，以促进充分去除无机污染物。可重复将硅藻与溶液混合直至无机污染物已被去除或实质上去除。
自可溶性无机污染物纯化硅藻后可接着用水洗涤。在一些实施例中，硅藻可用液体溶剂(例如水)洗涤。可经由沉降制程(包含例如离心步骤)自溶剂分离硅藻。合适离心机技术可包含例如盘式堆叠离心机、倾析离心机、管式离心机、其组合和/或类似物。
5.在一些实施例中，分离制程包括将硅藻壳分散于表面活性剂中。表面活性剂可促进硅藻壳和/或硅藻壳的部分彼此分离，从而减少硅藻壳和/或硅藻壳的部分的聚结。在一些实施例中，将添加剂用于减少硅藻的聚结。举例来说，硅藻可分散于表面活性剂及添加剂中。在一些实施例中，可通过声波处理包括硅藻、表面活性剂和/或添加剂的混合物来促进将硅藻分散于表面活性剂和/或添加剂中。
6.在一些实施例中，可通过湿筛制程提取破碎的硅藻壳片。举例来说，可使用过滤制程。在一些实施例中，过滤制程包括使用筛子去除较小片的破碎硅藻壳。筛子可包括适于去除较小片的破碎硅藻壳的目径(例如7微米筛子)。湿筛制程可例如通过干扰沉降物聚结而抑制或阻止小沉降物在筛子的孔隙中积聚和/或允许小粒子通过筛子的孔隙。干扰聚结可包含例如对沉降在筛目上的材料的搅拌、起泡、震荡、其组合以及其类似物。在一些实施例中，过滤制程可连续经过一系列筛子(例如具有愈来愈小的孔隙或目径)(例如在具有单个输入及输出的机器中的多个筛子)。
7.在一些实施例中，可使用硅藻壳在液体中的连续离心(乳脂分离机型机器)。举例来说，可使用盘式堆叠离心机。此制程可用于根据共同特性分离硅藻，包含例如使破碎的硅藻壳片与未破碎的硅藻壳进一步分离。在一些实施例中，可重复盘式堆叠离心机步骤以实现所需分离(例如破碎的硅藻壳与未破碎的硅藻壳的所需分离程度)。
8.如本文所述，可在溶剂中洗涤硅藻壳，随后为沉降制程(例如离心)以便自溶剂提取硅藻壳。举例来说，离心可用于在每次洗涤步骤后和/或在最终使用前沉降硅藻壳或硅藻壳的部分。适用于在洗涤步骤后沉降硅藻壳的离心机技术可包含连续离心机，包含(但不限于)盘式堆叠离心机、倾析离心机和/或管式离心机。
已使用来自澳大利亚昆士兰的希尔维亚山硅藻岩采矿有限公司(Mount SilviaPty,Ltd.Diatomite mining company,Queensland,Australia)的淡水硅藻测试实例分离程序。样品中的大部分硅藻壳具有一种硅藻，即直链硅藻属(Aulacoseira sp)。所述硅藻壳具有圆柱形，具有约5微米直径及10至20微米长度。
图4A及4B中呈现的实例分离程序分离制程20的流程图仅充当实例。流程图中参数的数量是作为说明性实例而被提供(例如仅适于所选样品)。举例来说，对于不同类型的硅藻，数量可为不同的。
硅藻的表面可包含非晶硅石且可包含带负电荷的硅烷醇基团。对于硅藻，由ζ电位量测发现的等电点可常常为约pH 2(例如与非晶硅石的等电点类似)。
在一些实施例中，表面活性剂可包括阳离子表面活性剂。合适阳离子表面活性剂可包含氯化苄烷铵、西曲溴铵、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵、苄索氯铵、苄索氯铵、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化铵、氢氧化四甲基铵、其混合物和/或类似物。表面活性剂可为非离子表面活性剂。合适非离子表面活性剂可包含：鲸蜡醇、硬脂醇、以及鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、Triton X-100、壬苯醇醚-9、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯、泊洛沙姆、其混合物和/或类似物。
在一些实施例中，可添加一或多种添加剂以减少聚结。合适添加剂可包含：氯化钾、氯化铵、氢氧化铵、氢氧化钠、其混合物和/或类似物。
硅藻壳可具有一或多个应用于硅藻壳表面的改质。在一些实施例中，硅藻壳可用作衬底以便在硅藻壳的一或多个表面上形成一或多个结构。图5A展示包括结构52的实例硅藻壳50。举例来说，硅藻壳50可具有中空圆柱形或实质上圆柱形，且可在圆柱体的外表面及内表面上包括结构52。结构52可改变或影响硅藻壳50的特性或属性，包含例如硅藻壳50的导电性。举例来说，可通过在硅藻壳50的一或多个表面上形成导电结构52而使电绝缘硅藻壳50变得导电。硅藻壳50可包含包括银、铝、钽、黄铜、铜、锂、镁、其组合和/或类似物的结构52。在一些实施例中，硅藻壳50包含包括ZnO的结构52。在一些实施例中，硅藻壳50包含包含其它含金属化合物或氧化物的结构52。在一些实施例中，硅藻壳50包含包括半导体材料的结构52，所述半导体材料包含硅、锗、硅锗、砷化镓、其组合和/或类似物。在一些实施例中，硅藻壳50在硅藻壳50的所有或实质上所有表面上包括表面改质结构52。
在硅藻壳50的表面上应用或形成的结构52可包括不同形状、尺寸和/或其它属性。硅藻壳50可包括具有均一或实质上均一的形状、尺寸和/或另一结构52属性的结构52。在一些实施例中，硅藻壳50可具有包含纳米线、纳米管、纳米薄片、纳米片、纳米球、纳米粒子、具有重萼状的结构、其组合和/或类似物的结构52。在一些实施例中，纳米结构可具有长度为约0.1纳米(nm)至约1000nm的尺寸。在一些实施例中，尺寸为纳米结构的直径。在一些实施例中，尺寸为纳米结构的最长尺寸。在一些实施例中，尺寸为纳米结构的长度和/或宽度。硅藻壳表面上的纳米结构可促进具有增加的表面积的材料，有利地提供具有增加的表面积的材料，可在所述材料上出现电化学反应。在一些实施例中，硅藻壳可减少、阻止或实质上阻止制造方法和/或通过制造方法制造的产物(例如使用硅藻壳制造的电极，包括所述电极的装置)中的纳米结构的聚结。纳米结构的聚结减少可有助于提供增加的电解质可接近的活性表面积(例如电极的增加的活性表面积，包括所述电极的装置的较好电气性能)。在一些实施例中，硅藻壳的表面的孔隙率可有助于电解质接近活性表面积，诸如有助于电解离子扩散到电极的活性表面(例如硅藻壳可具有约1纳米(nm)到约500nm的孔径)。
可至少部分通过将硅藻壳50与包括所需材料的调配物组合以便允许将结构52涂布或接晶种于硅藻壳50的表面上而将结构52形成或沉积于硅藻壳50的表面上。
如本文所述，硅藻壳50的表面上的结构52可包括氧化锌，诸如氧化锌纳米线。在一些实施例中，可通过将硅藻壳50与包括乙酸锌二水合物(Zn(CH3CO2)2·2H2O)及乙醇的溶液组合而将氧化锌纳米线形成于硅藻壳50的表面上。举例来说，具有0.005mol/L(M)浓度的乙酸锌二水合物于乙醇中的溶液可与硅藻壳50组合，以便涂布硅藻壳50的表面。经涂布的硅藻壳50可随后风干且用乙醇冲洗。在一些实施例中，可随后将干燥的硅藻壳50退火(例如在约350℃的温度下)。可随后使氧化锌纳米线在经涂布的硅藻壳50的表面上生长。在一些实施例中，经退火的硅藻壳50维持在高于室温的温度下(例如维持在约95℃的温度下)，以促进氧化锌纳米线的形成。
硅藻壳50也可包括在硅藻壳50的表面上形成或沉积以改质硅藻壳50的特性或属性的材料。举例来说，可通过在硅藻壳50的一或多个表面上形成或施用导电材料而使电绝缘硅藻壳50变得导电。硅藻壳50可包含包括银、铝、钽、黄铜、铜、锂、镁、其组合和/或类似物的材料。在一些实施例中，硅藻壳50包含包括ZnO的材料。在一些实施例中，硅藻壳50包含包括半导体材料的材料，所述半导体材料包含硅、锗、硅锗、砷化镓、其组合和/或类似物。表面改质材料可在硅藻壳50的外表面和/或内表面上。在一些实施例中，硅藻壳50在硅藻壳50的所有或实质上所有表面上包括表面改质材料。
可部分经由使硅藻壳50与包含所需材料的调配物组合以便允许将材料涂布或接晶种于硅藻壳50的表面上而将材料形成或沉积于硅藻壳50的表面上。
如本文所述，材料可沉积于硅藻壳50的表面上。在一些实施例中，材料包括导电金属，诸如银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜。在一些实施例中，使用包括银的材料涂布硅藻壳50的表面至少部分包含使硅藻壳50与包括氨(NH3)及硝酸银(AgNO3)的溶液组合。在一些实施例中，可按照与常用于制备托伦斯试剂(Tollens′reagent)的制程类似的制程制备所述溶液。举例来说，溶液的制备可包括添加氨至硝酸银水溶液中以形成沉淀，随后进一步添加氨直至沉淀溶解。可随后将溶液与硅藻壳50组合。举例来说，可将5毫升(mL)氨添加至150mL硝酸银水溶液中，同时搅拌使得沉淀形成，随后再添加5mL氨直至沉淀溶解。可随后通过使溶液与0.5公克(g)硅藻壳50及葡萄糖水溶液(例如4g葡萄糖溶解于10mL蒸馏水中)组合来形成混合物。混合物可随后置放于浸入维持在一定温度下的浴(例如维持在约70℃的温度下的温水浴)中的容器中，以便促进硅藻壳50的涂布。
在硅藻壳或硅藻壳的部分上生长纳米结构
如本文所述，硅藻土为来自称为硅藻的化石化微观生物体的天然产生的沉降物。化石化微生物包括由高度结构化二氧化硅制成的硬硅藻壳，其大小常介于约1微米与约200微米之间。不同种类的硅藻具有不同三维形状及特征，其在不同来源间变化。
硅藻土可包含非常多孔、有磨蚀性和/或耐热的材料。由于这些性质，硅藻土已具有广泛应用，包含过滤、液体吸收、绝热、作为陶瓷添加剂、柔和磨料、清洁剂、食品添加剂、化妆品等。
硅藻壳具有吸引人的纳米科学及纳米技术的特征，即其具有天然产生的纳米结构：纳米孔、纳米腔以及纳米凸块(例如，如图1至图3中所示)。视硅藻种类(例如大于105种)而定的硅藻壳形状的丰度为另一吸引人的性质。构成硅藻壳的二氧化硅可被有用物质涂布或被有用物质替换同时保留硅藻纳米结构。硅藻纳米结构可充当适用于许多制程及装置的纳米材料：染料敏化太阳能电池、药物递送器、电致发光显示器、Li离子电池的阳极、气体感测器、生物感测器等。可使用SiO2的高温气体置换实现MgO、ZrO2、TiO2、BaTiO3、SiC、SiN以及Si的形成。
在一些实施例中，硅藻壳可涂有3D纳米结构。硅藻可涂布于内表面和/或外表面上，包含硅藻的纳米孔内部。涂层可能不精确保留硅藻结构。然而，涂层可本身具有纳米孔及纳米凸块。所述二氧化硅硅藻壳/纳米结构复合物使用硅藻壳作为载体。纳米结构化材料可具有密集地接合在一起的小纳米粒子：纳米线、纳米球、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米盘和/或纳米带。总的，复合物可具有极大表面积。
包括各种材料的纳米结构可形成于硅藻壳表面上。在一些实施例中，纳米结构包含金属材料。举例来说，形成于硅藻壳的一或多个表面上的纳米结构可包含锌(Zn)、镁(Mg)、铝(Al)、汞(Hg)、镉(Cd)、锂(Li)、钠(Na)、钙(Ca)、铁(Fe)、铅(Pb)、镍(Ni)、银(Ag)、其组合和/或类似物。在一些实施例中，纳米结构包括金属氧化物。举例来说，形成于硅藻壳表面上的纳米结构可包括氧化锌(ZnO)、二氧化锰(MnO2)、氧化锰(II,III)(Mn3O4)、氧化锰(II)(MnO)、氧化锰(III)(Mn2O3)、***(HgO)、氧化镉(CdO)、氧化银(I,III)(AgO)、氧化银(I)(Ag2O)、氧化镍(NiO)、氧化铅(II)(PbO)、氧化铅(II,IV)(Pb2O3)、二氧化铅(PbO2)、氧化钒(V)(V2O5)、氧化铜(CuO)、三氧化钼(MoO3)、氧化铁(III)(Fe2O3)、氧化铁(II)(FeO)、氧化铁(II,III)(Fe3O4)、氧化铷(IV)(RuO2)、二氧化钛(TiO2)、氧化铱(IV)(IrO2)、氧化钴(II,III)(Co3O4)、二氧化锡(SnO2)、其组合和/或类似物。在一些实施例中，纳米结构包括其它含金属化合物，包含例如氧氢氧化锰(III)(MnOOH)、氧氢氧化镍(NiOOH)、氧化银镍(AgNiO2)、硫化铅(II)(PbS)、氧化银铅(Ag5Pb2O6)、氧化铋(III)(Bi2O3)、氧化银铋(AgBiO3)、氧化银钒(AgV2O5)、硫化铜(I)(CuS)、二硫化铁(FeS2)、硫化铁(FeS)、碘化铅(II)(PbI2)、硫化镍(Ni3S2)、氯化银(AgCl)、氧化银铬或铬酸银(Ag2CrO4)、磷酸氧化铜(II)(Cu4O(PO4)2)、氧化锂钴(LiCoO2)、金属氢化物合金(例如LaCePrNdNiCoMnAl)、磷酸锂铁(LiFePO4或LFP)、过锰酸锂(LiMn2O4)、二氧化锂锰(LiMnO2)、Li(NiMnCo)O2、Li(NiCoAl)O2、氧氢氧化钴(CoOOH)、氮化钛(TiN)、其组合和/或类似物。
在一些实施例中，形成于硅藻壳表面上的纳米结构可包括非金属或有机材料。在一些实施例中，纳米结构可包括碳。举例来说，纳米结构可包括多壁和/或单壁碳纳米管、石墨烯、石墨、碳纳米-洋葱、其组合和/或类似物。在一些实施例中，纳米结构可包括碳氟化合物(例如CFx)、硫(S)、导电n型/p型掺杂聚合物(例如导电n型/p型掺杂聚(茀)、聚苯、聚芘、聚薁、聚萘、聚(吡咯)、聚咔唑、聚吲哚、聚氮呯、聚苯胺、聚(噻吩)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)和/或聚(对苯硫醚))、其组合和/或类似物。
形成于硅藻壳表面上的纳米结构可包含：1)银(Ag)纳米结构；2)氧化锌(ZnO)纳米结构；3)碳纳米管“森林”；和/或4)含锰纳米结构。如本文所述，具有在一或多个表面上形成的纳米结构的硅藻壳可用于能量储存装置，诸如电池及超级电容器、太阳能电池和/或气体感测器。纳米结构可形成于未破碎的硅藻壳和/或破碎的硅藻壳的一或多个表面上。在一些实施例中，用于纳米结构形成制程中的硅藻壳或硅藻壳的部分可能已经由包括本文所述的分离步骤的分离程序(例如图4A及4B中所示的分离制程20)加以提取。在一些实施例中，在纳米结构活性材料的生长之前，可用一或多种功能化化学品(例如硅氧烷、氟硅氧烷、蛋白质和/或表面活性剂)预处理硅藻壳。在一些实施例中，在纳米结构活性材料的生长之前，可用导电材料(例如金属和/或导电碳)和/或半导体材料预涂布硅藻壳。举例来说，可用银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、石墨烯、石墨、碳纳米管、硅(Si)、锗(Ge)、含半导体合金(例如铝-硅(AlSi)合金)、其组合和/或类似物预涂布硅藻壳。
在一些实施例中，使用两步法生长纳米结构。第一步骤一般包含晶种在硅藻壳的表面上生长。晶种为直接结合(例如化学结合)于硅藻壳的表面的纳米结构，且可具有特定粒径和/或均匀性。可提供能量以形成所述结合。接晶种制程可在高温下进行和/或涉及可产生热量或某其它形式的能量增益的其它技术。
形成纳米结构的第二步骤一般包含从晶种生长出最终纳米结构。预涂有晶种的硅藻壳可在一定条件下浸于初始材料的环境中。纳米结构可包含纳米线、纳米板、致密纳米粒子、纳米带、纳米盘、其组合和/或类似物中的一或多者。外观尺寸可视纳米结构生长的条件而定(例如，纳米结构的形态可视在晶种层上形成纳米结构期间的一或多个生长条件而定，包含例如生长温度、加热型样、在纳米结构生长期间包含化学添加剂、和/或其组合)。
在硅藻壳的表面上形成Ag纳米结构的实例制程
初始的使用银(或晶种)涂布二氧化硅可通过使用微波、超声波处理、表面改质还原Ag+盐和/或使用还原剂还原硝酸银(AgNO3)来实现。
晶种生长步骤可包含将银盐及还原剂溶解于溶剂中(例如还原剂及溶剂可为相同物质)且将经纯化的硅藻分散于混合物中。在溶解期间和/或之后，可应用如混合、搅拌、加热、超声波处理、微波、其组合和/或类似物的物理力。晶种层生长过程可在不同量的时间内发生。
在硅藻壳的表面上生长Ag晶种的实例
实例1包含以下步骤：将0.234g经纯化的硅藻、0.1g AgNO3以及50mL在60℃下熔融的PEG 600(聚乙二醇)混合于烧杯中。在一些实施例中，可通过循环加热方案加热包括干净硅藻、银供给组分(例如硝酸银)以及还原剂的混合物。在一些实施例中，还原剂及溶剂可为相同物质。举例来说，混合物可被加热约20分钟至约40分钟，每分钟自约100瓦至约500瓦交替加热。举例来说，通过微波加热包括干净硅藻、硝酸银以及熔融PEG的混合物约30分钟。微波功率每分钟自100瓦变成500瓦以防止过度加热混合物。一些市售微波允许使用者确定在特定持续时间后内容物的温度，和/或确定在不同持续时间后的多个温度(例如以定义温度斜率)，在此期间微波控制功率以获得结果。举例来说，微波可确定在2分钟内将50mL水加热至85℃比在1分钟内将50mL水加热至85℃所需的功率低，且可在加热过程期间，例如基于温度感测器进行此调节。另举一例，微波可确定在2分钟内将50mL水加热至85℃比在2分钟内将100mL水加热至85℃所需的功率低，且可在加热过程期间，例如基于温度感测器进行此调节。将硅藻离心且用乙醇洗涤。晶种图解于图5B及图5C中。
实例2包含以下步骤：将45mL N,N-二甲基甲酰胺、0.194g 6,000MW PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、5mL 0.8mM AgNO3水溶液以及0.1g经过滤及纯化的硅藻混合于烧杯中。将超声波处理器(例如13毫米直径、20千赫、500瓦)的尖端置于混合物中且将具有混合物的烧杯置于冰浴中。尖端振幅设定在100％。声波处理持续30分钟。在程序后于乙醇中使用水浴超声波处理及在3,000RPM下离心5分钟将硅藻清洁两次。接着再重复所述制程两次直至在硅藻上看见晶种。
图5B展示在硅藻壳60的表面上形成的银晶种62在50k×放大倍率下的SEM图像。图5C展示在硅藻壳60的表面上形成的银晶种62在250k×放大倍率下的SEM图像。
在银接晶种的硅藻壳表面上形成银纳米结构的实例
使用银进一步涂布接晶种的硅藻壳可在氩气(Ar)氛围下进行以抑制氧化银形成。在一些实施例中，硅藻壳部分可经烧结(例如加热至约400℃至约500℃的温度)以从氧化银获得银，氧化银可能已在硅藻壳部分的一或多个表面上形成(包含在所述制程期间所形成的氧化银)，以使用银进一步涂布接晶种的硅藻壳部分。举例来说，可对用于制造导电银墨水(例如如本文所述的紫外光(UV)可固化导电银墨水)的硅藻壳部分执行硅藻壳部分的烧结。在一些实施例中，可在经组态以促进氧化银还原成银的氛围(例如氢气)下烧结。烧结导电银墨水所包括的硅藻壳部分以从氧化银获得银可改良导电银墨水的导电性，例如因为银比氧化银更导电和/或因为可增加银-银接触(例如与银-氧化银接触和/或氧化银-氧化银接触相比)。从氧化银获得银的其它方法也可适当代替烧结或与烧结组合，包含例如包括化学反应的制程。
在晶种层上形成纳米结构可包含银盐、还原剂以及溶剂。可应用混合步骤、加热步骤和/或滴定步骤(例如以促进纳米结构生长过程的组分的相互作用)以便在晶种层上形成纳米结构。
在晶种层上形成纳米结构(例如形成厚银涂层)的制程的实例包含以下制程：
将5mL 0.0375M PVP(6,000MW)水溶液置于一个注射器中，且将5mL 0.094M AgNO3水溶液置于另一注射器中。将0.02g经洗涤及干燥的接晶种硅藻与加热至约140℃的5mL乙二醇混合。使用注射泵以约0.1毫升每分钟(mL/min)的速率用银盐(例如AgNO3)及PVP溶液滴定硅藻。在滴定完成后，搅拌混合物约30分钟。接着，使用乙醇、水浴超声波处理以及离心洗涤硅藻(例如洗涤两次)。
图5D及图5E展示已在硅藻壳60的表面上形成银纳米结构64的实例的SEM图像。图5D及图5E展示具有厚纳米结构化涂层及大表面积的硅藻壳60。图5D为硅藻壳表面在20k×放大倍率下的SEM图像，而图5E展示硅藻壳表面在150k×倍放大倍率下的SEM图像。图5L为表面上具有银纳米结构64的硅藻壳60在50k×放大倍率下的另一SEM图像。在图5L中可见硅藻壳60的厚纳米结构涂层。
适用于Ag生长的还原剂的实例包含用于银无电沉积的常见还原剂。用于银无电沉积的一些合适还原剂包含肼、甲醛、葡萄糖、酒石酸钠、草酸、甲酸、抗坏血酸、乙二醇、其组合和/或类似物。
合适Ag+盐及氧化物的实例包含银盐。最常用银盐可溶于水(例如AgNO3)。合适银盐可包含AgNO3的铵溶液(例如Ag(NH3)2NO3)。在一些实施例中，可使用任何银(I)盐或氧化物(例如可溶和/或不可溶于水)。举例来说，氧化银(Ag2O)、氯化银(AgCl)、氰化银(AgCN)、四氟硼酸银、六氟磷酸银、乙硫酸银、其组合和/或类似物也可为合适的。
合适溶剂可包含：水、醇，诸如甲醇、乙醇、N-丙醇(包含1-丙醇、2-丙醇(异丙醇或IPA)、1-甲氧基-2-丙醇)、丁醇(包含1-丁醇、2-丁醇(异丁醇))、戊醇(包含1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇)、己醇(包含1-己醇、2-己醇、3-己醇)、辛醇、N-辛醇(包含1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇)、四氢糠醇(THFA)、环己醇、环戊醇、萜品醇；内酯，诸如丁内酯；醚，诸如甲基乙基醚、***、乙基丙基醚以及聚醚；酮，包含二酮及环酮，诸如环己酮、环戊酮、环庚酮、环辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙酰丙酮、苯乙酮、环丙酮、异佛酮、甲基乙基酮；酯，诸如乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、乙酸甘油酯、羧酸酯；碳酸酯，诸如碳酸丙烯酯；多元醇(或液体多元醇)、甘油以及其它聚合多元醇或二醇类，诸如甘油、二醇、三醇、四醇、五醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、乙二醇醚、乙二醇醚乙酸酯、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-戊二醇、己二醇、对薄荷烷-3,8-二醇、2-甲基-2,4-戊二醇；四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基甲酰胺(NMF)、二甲亚砜(DMSO)；亚硫酰氯；硫酰氯、其组合和/或类似物。
在一些实施例中，溶剂也可充当还原剂。
制造低成本UV可固化银-硅藻导电墨水的实例方法
热可固化银片及银纳米粒子导电墨水可购自多个制造商，诸如汉高公司(HenkelCorp.)、普锐公司(Spraylat Corp.)、导电化合物公司(Conductive Compounds,Inc.)、杜邦公司(DuPont,Inc.)、创新材料公司(Creative Materials Corp.)等。更不常见的产品为可用紫外(UV)光固化的银导电墨水。仅几个供应商(例如汉高公司)供应所述墨水。UV可固化银导电墨水可常常由于关于导电性的每平方公尺高银装载量及高成本而极贵。电导率可几乎等于以相同湿膜厚度施用的热固化银导电墨水的电导率的5分之一至10分之一。
明确需要与当前可获得的UV可固化墨水相比具有至少相同或较佳电导率的低成本UV可固化银。一些UV可固化银可能未充分利用墨水中所存在的银量，因此需要开发与当前UV可固化银墨水相比具有类似或较佳电导率和/或固化率的使用少得多的银的银墨水。
开发UV可固化银的难题可归因于银的UV吸收性质。在热固化银墨水中，通过使银片间接触面积达到最大，具有高纵横比的银片可用于产生最高电导率。若将此类银片与适合于导电墨水的UV可固化树脂***混合，使用印刷或其它涂布制程施用于表面且随后曝露于UV光，在UV光可散射穿过银墨水的湿层之前，大部分UV光可由银吸收。银片的UV吸收可妨碍或阻止在湿墨水薄膜中发生UV光启始的聚合(例如妨碍或阻止超出某一深度的湿墨水的UV光启始的聚合)。墨水薄膜的聚合减少可导致银墨水的不完全固化层，其可能不粘着于衬底，例如归因于银墨水层的最底层部分未固化且湿润。较低纵横比银粒子可用于UV可固化银墨水中，以便通过增加穿过所施用银墨水层的可能光散射路径的数目而在整个所施用银墨水层中获得合适固化。低纵横比粒子具有减小的表面积，此可减小片间接触面积且又可相对于在使用高纵横比片的情况下可能实现的电导率减小固化薄膜的电导率。若此固化问题可得以解决，具有较高电导率的较大纵横比银片可用于银墨水，从而可改良所得银膜的电导率和/或减少用以获得高电导率的银量。
在一些实施例中，不导电衬底(例如硅藻壳部分，诸如硅藻壳片)可镀银。UV光可通过硅藻壳片的本体的一或多个表面上的穿孔。在银墨水中使用镀银硅藻片可促进银墨水固化，从而允许实现在银墨水中使用高纵横比片。在一些实施例中，包括镀银硅藻壳的银墨水可使得固化银墨水的电导率能够增加，而同时降低墨水的成本。
在一些实施例中，用于银墨水中的硅藻壳的部分(例如破碎的硅藻壳)可经纯化且与完整硅藻粒子分离，且硅藻壳的部分的一或多个表面可用银无电涂布，例如根据本文所述的方法。
硅藻表面可按照孔洞或开口的规则图案(例如包含约300纳米直径的孔洞)穿孔，即使当涂有银时亦然。开口可大到足以允许UV波长散射穿过涂银的硅藻粒子。涂银的破碎的硅藻可包括呈高纵横比穿孔片形式的碎片。图5F展示涂有Ag纳米结构(例如银纳米结构64)的硅藻壳碎片(例如硅藻壳片60A)的SEM图像。
在一些实施例中，涂银的穿孔硅藻片可用于制造UV-银墨水，当使用适中厚度的墨水(例如具有约5微米至约15微米的厚度的银墨水)时，所述UV-银墨水可固化，即使导电粒子具有高纵横比且因此具有大表面积亦然。通过增加片间电接触的数目，硅藻壳片的大表面积可产生极好的片间电导率，从而产生非常导电的墨水，所述墨水实质上仅使用获得所需薄片电导率所需的量的银，而其余体积由便宜的硅藻填充剂材料及UV粘合剂树脂占据。
银纳米结构可覆盖硅藻壳的实质上所有表面，包含硅藻壳穿孔的内表面，但未阻断穿孔(例如，穿孔及硅藻壳表面的一或多个表面可镀有银纳米结构和/或银晶种层)。Ag涂布的硅藻片中的穿孔可允许UV辐射通过硅藻片，从而促进固化至所施用银墨水薄膜内的较深深度，同时允许电流直接自所述片的一侧经由穿孔传导至另一侧。贯穿所述片的传导路径的长度减小可减小由银墨水制成的固化薄膜的总电阻。
实例UV光诱发可聚合墨水调配物可包含下列组分。在一些实施例中，具有硅藻壳片的银墨水可通过组合下列组分来制造，包含例如使在一或多个表面上形成有银纳米结构的多个硅藻壳部分(例如硅藻壳片)与下列的一或多种其它银墨水组分组合。可通过使用UV光源固化银墨水来制造银薄膜。
1)硅藻，多种种类的任一个，镀(例如其上形成有纳米结构)有约10纳米至约500纳米厚的Ag涂层。Ag涂层的厚度可视硅藻穿孔的孔径而定。调配物中的比率可在约50重量％与约80重量％之间。可使用其片段的实例硅藻种类为直链硅藻属1。
2)对银具有良好亲和性的极性乙烯单体，诸如N-乙烯基-吡咯烷酮或N-乙烯基己内酰胺。
3)具有良好伸长性质作为流变改质剂且用以改良固化薄膜的可挠性的丙烯酸酯寡聚物。
4)作为交联剂以便经由增加交联产生更坚韧、更抗溶剂的固化薄膜的一或多个双官能或三官能丙烯酸酯单体或寡聚物。这些材料可经选择以充当光引发剂，可改良表面固化。实例可包含乙氧基化或丙氧基化己二醇丙烯酸酯，诸如沙多玛乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，可例如以产品码购自沙多玛；或三聚氰酸三烯丙酯，可例如以产品码购自沙多玛。丙烯酸胺增效剂可为选项，且实例可包含沙多玛及沙多玛
5)用以减少起泡且改良湿墨水品质的丙烯酸酯类流动及调平剂(例如合适流动及调平剂可包含Modaflow Modaflow )。经改良的湿墨水品质又可改良固化银墨水薄膜品质。
6)适于颜料装载墨水***的一或多个光引发剂。在一些实施例中，至少一种光引发剂对接近或小于镀银硅藻片的平均孔径的波长敏感，因此UV光子可通过孔以便起始所述片下方的聚合和/或散射穿过另一镀银硅藻片中的穿孔，从而甚至更深地透入未固化薄膜中以起始其中的聚合。光引发剂的实例可包含Ciba Irgacure 及异丙基硫杂蒽酮(ITX，可以商品名Speedcure 购自英国拉姆森(Lambson,UK))。
7)视情况选用的粘着性促进丙烯酸酯(例如丙烯酸2-羧基乙基酯)。
8)用以降低表面张力且改良片湿润的视情况选用的湿润剂(例如DuPontCapstone 及DuPont Capstone )。
9)用以抑止由银金属存在触发的提前聚合的视情况选用的UV稳定剂(例如氢醌及甲基乙基氢醌(MEHQ))。
10)视情况选用的低沸点溶剂，用于降低粘度以便促进将银墨水调配物用于高速涂布制程，包含诸如柔版印刷、凹板印刷、其组合和/或类似物的制程。
在一些实施例中，可热固化包括硅藻壳部分的银墨水。在一些实施例中，银墨水可暴露于热源。举例来说，可加热银墨水以促进银墨水的聚合物组分之间的聚合反应。在一些实施例中，银墨水的热固化可促进去除溶剂组分。举例来说，银墨水可暴露于热源以使银墨水的温度升高超过银墨水溶剂组分的沸点，从而促进去除溶剂组分。
在硅藻壳的表面上形成氧化锌(ZnO)纳米结构的实例制程
衬底上的ZnO晶种一般使用喷涂或旋涂胶状ZnO或热分解锌盐溶液来沉积。举例来说，热分解乙酸锌前驱体可提供垂直方向上良好对准的ZnO纳米线。
从晶种生长ZnO纳米结构可通过在碱性溶液中水解Zn盐来实现。所述制程可在室温下或在较高温度下进行。微波加热可显著加速纳米结构的生长。视生长参数而定，观察到不同纳米结构(例如，纳米结构的形态可视在晶种层上形成纳米结构期间的一或多个生长条件而定，包含例如生长温度、加热型样、在纳米结构生长期间包含化学添加剂和/或其组合)。举例来说，化学添加剂可用于获得所需形态的纳米结构。ZnO纳米结构也可经掺杂以控制其半导电性质。
在硅藻壳的表面上生长ZnO晶种的实例制程
1.构建ZnO的晶种可通过将0.1g经纯化的硅藻及10mL 0.005M Zn(CH3COO)2(例如锌供给组分)乙醇溶液的混合物加热至约200℃(例如包含约175℃至约225℃)直至干燥来实现。接ZnO晶种的硅藻壳表面各在100k×放大倍率下的SEM图像展示于图5G及图5H中。图5G及图5H展示在硅藻壳70的表面上形成的包括ZnO的晶种72的SEM图像。图5G展示具有包括氧化锌的晶种72的硅藻壳表面在100k×放大倍率下的SEM图像。图5H展示具有包括氧化锌的晶种72的硅藻壳表面在100k×放大倍率下的SEM图像。
在硅藻壳的接ZnO晶种的表面上生长ZnO纳米结构的实例制程
2.ZnO纳米结构生长是在0.1g接晶种的硅藻壳与10mL 0.025M ZnNO3(例如锌供给组分)及0.025M六亚甲基四胺溶液(例如碱性溶液)水溶液的混合物中进行。在搅拌板上加热混合物至约90℃(例如包含约80℃至约100℃)约两小时(例如包含约一小时至约三小时)，或通过使用循环加热程序(例如微波加热)持续约10分钟(例如包含持续约5分钟至约30分钟)，其中样品是通过约500瓦功率(例如包含约480瓦至约520瓦)加热约2分钟(例如包含约30秒至约5分钟、约1分钟至约5分钟、约5分钟至约20分钟)，且随后关闭加热约1分钟(例如包含约30秒至约5分钟)，之后在500瓦下重复加热。在硅藻壳70的内表面及外表面上的所得纳米线74展示于图5I及图5J中。图5I展示在硅藻壳70的内表面及外表面上形成的ZnO纳米线74在50k×放大倍率下的SEM图像。在一些实施例中，ZnO纳米线74可在硅藻壳70内部的表面的部分上形成。举例来说，ZnO纳米线74可在硅藻壳70内部的所有或实质上所有表面上形成。ZnO纳米线74可在硅藻壳70的所有或实质上所有内表面及外表面上形成。本发明的附图证明了纳米结构(例如ZnO纳米线)在硅藻壳上的生长(包含纳米结构(例如ZnO纳米线)在硅藻壳内部的生长)为可能的。例如与包括仅在衬底外侧形成的ZnO纳米结构的材料(例如墨水或由其印刷的层)相比，使用ZnO纳米结构涂布硅藻壳的所有或实质上所有面可增加包括涂有ZnO纳米结构的硅藻壳的材料(例如墨水或由其印刷的层)的电导率(例如增加体积电导率和/或薄片电导率)。图5J展示在硅藻壳70的表面上形成的ZnO纳米线74在25k×放大倍率下的SEM图像。图5M和图5N是一或多个表面上具有ZnO纳米线74的硅藻壳70的其它SEM图像。图5M为硅藻壳70在10k×放大倍率下的SEM图像。图5N为硅藻壳70在100k×放大倍率下的SEM图像。ZnO纳米线74的多面、多边形横截面和棒状结构和其与硅藻壳70的表面的连接可更明显地可见于图5N中。当在100瓦微波中进行加热(例如包含约80瓦至约120瓦；且打开约2分钟，接着关闭约1分钟且重复总共约10分钟的持续时间)时，可在硅藻壳70的表面上形成纳米板76(例如，如图5K中所示)。
可用于ZnO接晶种及纳米结构生长的合适Zn盐的实例包含：乙酸锌水合物、硝酸锌六水合物、氯化锌、硫酸锌、锌酸钠、其组合和/或类似物。
适用于ZnO纳米结构生长的碱的实例可包含：氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化四甲铵、氢氧化锂、六亚甲基四胺、氨溶液、碳酸钠、乙二胺、其组合和/或类似物。
适用于形成ZnO纳米结构的溶剂的实例包含一或多种醇。本文描述为适用于Ag纳米结构生长的溶剂也可适用于ZnO纳米结构形成。
可用于纳米结构形态控制的添加剂的实例可包含三丁胺、三乙胺、三乙醇胺、二异丙胺、磷酸铵、1,6-己二醇、三乙基二乙醇、异丙胺、环己胺、正丁胺、氯化铵、六亚甲基四胺、乙二醇、乙醇胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、溴化十六烷基三甲铵、尿素、其组合和/或类似物。
在硅藻壳的表面上形成碳纳米管的实例制程
可通过化学气相沉积技术及其变化而在硅藻表面(例如内部和/或外部)上生长碳纳米管(例如多壁和/或单壁)。在此技术中，首先用催化剂晶种涂布硅藻且随后引入气体混合物。一种气体可为还原气体，且另一气体可为碳来源。在一些实施例中，可使用气体混合物。在一些实施例中，可包含中性气体以用于浓度控制(例如氩气)。氩气也可用于携带液体含碳材料(例如乙醇)。用于形成碳纳米管的晶种可通过诸如喷涂的技术沉积为金属，和/或由液体、气体和/或固体引入且随后在高温下通过热解进行还原。含碳气体的还原可发生在较高温度下，例如在约600℃至约1100℃的范围内。
由于纳米孔隙率，晶种涂布制程及气体反应均可在硅藻壳表面上实现。已开发用于在不同衬底上生长碳纳米管“森林”的技术，所述衬底包含硅、氧化铝、氧化镁、石英、石墨、碳化硅、沸石、金属以及二氧化硅。
适用于生长催化剂晶种的金属化合物的实例可包含镍、铁、钴、钴-钼双金属粒子、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钯(Pd)、锰(Mn)、铝(Al)、镁(Mg)、铬(Cr)、锑(Sn)、铝-铁-钼(Al/Fe/Mo)、五羰基铁(Fe(CO)5)、硝酸铁(III)六水合物(Fe(NO3)3·6H2O)、硝酸铁(III)六水合物(CoCl2·6H2O)、钼酸铵四水合物((NH4)6Mo7O24·4H2O)、钼酸铵四水合物(MoO2Cl2)、氧化铝纳米粉末、其混合物和/或类似物。
合适还原气体的实例可包含氨气、氮气、氢气、其混合物和/或类似物。
可充当碳来源的合适气体(例如含碳气体)的实例可包含乙炔、乙烯、乙醇、甲烷、碳氧化物、苯、其混合物和/或类似物。
在硅藻壳的表面上形成含锰纳米结构的实例制程
在一些实施例中，含锰纳米结构可形成于硅藻壳的一或多个表面上。在一些实施例中，锰的氧化物可形成于硅藻壳的一或多个表面上。举例来说，包括二氧化锰(MnO2)、氧化锰(II,III)(Mn3O4)、氧化锰(II)(MnO)、氧化锰(III)(Mn2O3)和/或氧氢氧化锰(MnOOH)的纳米结构可形成于硅藻壳的一或多个表面上。在一些实施例中，能量储存装置的膜可包含具有含锰纳米结构的硅藻壳。在一些实施例中，印刷能量储存装置(例如电池、电容器、超级电容器和/或燃料电池)可包含一或多个具有多个包括含锰纳米结构的硅藻壳的电极。在一些实施例中，用于印刷膜的墨水可包括在其中分散包括含锰纳米结构的硅藻壳的溶液。
在一些实施例中，电池的一或多个电极可包含在一或多个表面上包括含锰纳米结构的硅藻壳(例如锌-锰电池的电极)。充电电池可包含第一电极，包含包括包括二氧化锰(MnO2)的纳米结构的硅藻壳，和第二电极，包括锌(例如包括锌涂层的硅藻壳)。在一些实施例中，第二电极可包括其它材料。非荷电电池可包含第一电极，包含包括包括氧化锰(II,III)(Mn3O4)、氧化锰(II)(MnO)、氧化锰(III)(Mn2O3)和/或氧氢氧化锰(MnOOH)的纳米结构的硅藻壳，和第二电极，包含氧化锌(ZnO)(例如包括包括氧化锌的纳米结构的硅藻壳)。在一些实施例中，非荷电电池的第二电极可包括其它材料。
在硅藻壳部分上形成含锰纳米结构的方法可包含添加硅藻壳到氧化的乙酸锰溶液中，和加热硅藻壳和氧化的乙酸锰溶液。提供在硅藻壳的一或多个表面上形成Mn3O4的方法的实例。举例来说，纯水(例如可商购自马萨诸塞州比勒利卡的EMD密理博公司(EMDMillipore Corporation,Billerica,MA)的纯水)可用氧气(O2)鼓泡约10分钟(min)到约60min(例如O2吹扫)的持续时间以形成氧化的水。乙酸锰(II)(Mn(CH3COO)2)可随后以约0.05摩尔/升(M)到约1.2M的浓度溶解于氧化的水中以形成氧化的乙酸锰溶液。
硅藻壳可添加到氧化的乙酸锰溶液中。添加到氧化的乙酸锰溶液中的硅藻壳可在硅藻壳表面上不具有任何先前形成的纳米结构和/或涂层。在一些实施例中，添加到氧化的乙酸锰溶液中的硅藻壳可在硅藻壳表面上具有一或多个纳米结构和/或涂层。在一些实施例中，添加到氧化的乙酸锰溶液中的硅藻壳可在硅藻壳表面的至少一些部分上具有一或多个纳米结构和/或涂层。举例来说，硅藻壳可在硅藻壳表面的一部分上具有含碳纳米结构，使得根据如本文所述的一或多种方法形成的含锰纳米结构可穿插在含碳纳米结构之间。在一些实施例中，含碳纳米结构可包含还原的氧化石墨烯、碳纳米管(例如单壁和/或多壁)和/或碳纳米-洋葱。含碳纳米结构可根据如本文所述之一或多种方法或其它方法形成于硅藻壳表面上。
在一些实施例中，硅藻壳可添加到氧化的乙酸锰溶液中，使得溶液包括约0.01重量％到约1重量％的硅藻壳。在一些实施例中，其它Mn2+盐可为合适的。在一些实施例中，其它氧化剂(例如过氧化物)可为合适的。
在一些实施例中，可使用热技术和/或微波技术进行含锰纳米结构的生长。在一些实施例中，当使用热方法时，纳米结构的所要生长可涉及较长持续时间。举例来说，热技术可包含在纳米结构生长制程中使用加热。生长纳米结构的热方法的实例可包含持续约15小时到约40小时(例如约24小时)的持续时间在氧化的乙酸锰溶液中混合(例如通过使用任何数目的合适的技术搅拌)硅藻壳，同时将混合物维持在约50摄氏度(℃)到约90℃(例如约60℃)的温度下。在一些实施例中，可通过加热混合物维持混合物的温度。
在一些实施例中，生长纳米结构的微波方法可有助于较短纳米结构生长制程和/或有助于可伸缩纳米结构生长制程。举例来说，纳米结构生长的微波方法可包含在纳米结构生长制程中使用微波加热。使用微波技术的纳米结构生长制程的实例可包含添加硅藻壳到氧化的乙酸锰溶液中，和将混合物维持在约50℃到约150℃的温度下约10分钟(min)到约120min。可在将混合物维持在所述温度下时搅拌所述混合物。
在一些实施例中，可使用一或多种本文所描述的制程在硅藻壳的一或多个表面上形成具有红褐色颜色(例如在洗涤和干燥之后)的含锰结构。在一些实施例中，氧化锰结构可具有四面体形状。红褐色颜色可表明氧化锰(II,III)(Mn3O4)的存在。在一些实施例中，形成四面体纳米晶体可表明氧化锰(II,III)(Mn3O4)的存在。
图5O为在一或多个表面上具有包括氧化锰(II,III)(Mn3O4)的纳米结构82的硅藻壳80的实例在20k×放大倍率下的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中使用纳米结构生长的微波方法形成纳米结构82。图5P为图5O中显示的硅藻壳80在50k×放大倍率下的SEM图像。图5O和图5P中显示的包括氧化锰(II,III)(Mn3O4)的纳米结构82可由使用浓度为约0.15M乙酸锰的氧化溶液形成，所述氧化溶液通过持续约30min的持续时间鼓泡氧气(O2)通过纯水制备。举例来说，可以使用商业级氧气(例如纯度水平大于95％，诸如至少约97％纯或至少约99％纯)。举例来说，具有至少约97％纯度的氧气可在室温(例如约25℃)下持续约30分钟的持续时间通过玻璃料鼓泡到含有约15mL纯水的小瓶(例如具有约20毫升(mL)的体积的小瓶)中。重量为0.55克(g)的四水合乙酸锰(例如可商购自西格玛-阿尔德里奇公司(Sigma-Aldrich Corp.))可溶解于氧化的纯水中。重量为0.005克(g)的硅藻可添加到氧化的含锰溶液中。随后，含有包括添加的硅藻壳的混合物的小瓶可放置于微波(例如Monowave 300微波，可商购自安东帕有限公司(Anton GmbH))中，且可在所要温度下持续所要时间段进行合成。包括溶液和硅藻壳的混合物可在约60℃的温度下，例如在持续搅拌(例如用磁力搅拌棒，诸如以约600转/分钟的旋转速度)下维持约30分钟。在一些实施例中，混合物可随后用水稀释，且经离心(例如在约5000转/分钟下持续约5min)，使得可丢弃上清液。在一些实施例中，沉淀物可再次用水稀释，随后分散(例如震荡和/或涡旋)且再次离心，使得可丢弃上清液。沉淀物可随后在真空烘箱中在约70℃到约80℃下干燥。
参看图5P，纳米结构82可具有四面体形状。观测到氧化锰(II,III)(Mn3O4)结构出人意料地生长于硅藻壳的表面上，而不是形成于与硅藻壳分离的溶液中。
图5Q为形成于图5O和图5P中显示的硅藻壳的表面上的纳米结构82的透射电子显微镜(TEM)图像。可见纳米结构82的一或多个个别原子，且提供比例尺以用于尺寸比较。图5R展示氧化锰(II,III)(Mn3O4)粒子的电子衍射图像。
在一些实施例中，形成于硅藻壳表面上的纳米结构的形状和/或尺寸可取决于纳米结构形成制程的参数。举例来说，纳米结构的形态可取决于溶液浓度和/或溶液的氧合水平。图5S为包括形成于表面上的含锰纳米结构92的硅藻壳90在10k×放大倍率下的SEM图像，其中使用相比于形成图5O和图5P中显示的纳米结构82所用的制程具有较高氧浓度(例如持续约40分钟的持续时间对水进行氧气吹扫)和较高锰浓度(例如约1M的乙酸锰浓度)的溶液形成含锰纳米结构92。举例来说，纳米结构92可根据如参考形成纳米结构82(例如图5O和图5P)所描述的制程形成于硅藻壳90上，以下差异除外：可在添加约0.9克(g)乙酸锰到氧化的纯水中的情况下持续约40分钟的持续时间进行纯水的氧气鼓泡，且可添加约0.01克(g)硅藻到含锰溶液中，且包括硅藻和含锰溶液的混合物可在约150℃的温度下微波。
如图5S中所示，纳米结构92可具有细长纤维状形状。在一些实施例中，纳米结构92可具有薄细长形状(例如薄晶须状结构)。在一些实施例中，形成纤维状结构可表明氧氢氧化锰(MnOOH)的存在。
涂层组合
在一些实施例中，涂层的组合也可为可能的。举例来说，硅藻壳的表面可包含镍涂层及碳纳米管涂层(例如，所述硅藻壳可用于能量储存装置，包含超级电容器)。
图6示意性说明能量储存装置100的实施例。图6可为能量储存装置100的横截面图或正视图。能量储存装置100包含第一电极140及第二电极150，例如分别或无关地为阴极及阳极。第一电极140及第二电极150由隔离层130分开。能量储存装置100可视情况包含与电极140、150的一个或两者电耦接的一或多个集电体110、120。
在一些实施例中，能量储存装置100包括第一电极140、第二电极150和/或隔离层130，其任一个可为膜或层，包含沉积膜或层。
集电体110、120可包含提供电子至外部配线的路径的任何组件。举例来说，集电体110、120可相邻于第一电极140及第二电极150的表面定位，以使电极140、150之间的能量流传送至电装置。在图6中所展示的实施例中，第一集电体层110及第二集电体层120分别与第一电极140的表面及第二电极150的表面相邻。集电体110、120分别相邻于与电极140、150的表面相反的与隔离层130相邻的表面。
在一些实施例中，集电体110、120包括导电箔(例如石墨(诸如石墨纸)、石墨烯(诸如石墨烯纸)、铝(Al)、铜(Cu)、不锈钢(SS)、发泡碳)。在一些实施例中，集电体110、120包括沉积在衬底上的导电材料。举例来说，集电体110、120可包括印刷于衬底上的导电材料。在一些实施例中，合适的衬底可包含聚酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、纤维素(例如卡纸板、纸，包含涂料纸，诸如塑料涂料纸和/或纤维纸)。在一些实施例中，导电材料可包括银(Ag)、铜(Cu)、碳(C)(例如碳纳米管、石墨烯和/或石墨)、铝(Al)、镍(Ni)、其组合和/或类似物。适合于集电体的包括镍的导电材料的实例提供于2013年12月27日提交的题为“镍墨水和耐氧化且导电的涂层(NICKEL INKS AND OXIDATION RESISTANT AND CONDUCTIVE COATINGS)”的PCT专利申请第PCT/US2013/078059号，其以全文引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，能量储存装置100包含至少一个包括硅藻壳的层或膜。举例来说，能量储存装置100可包含包括分散液的层或膜，所述分散液包含硅藻壳。包括硅藻壳的层或膜可包含例如第一电极140、第二电极150、隔离层130、第一集电体层110、第二集电体层120、其组合和/或类似物。在一些实施例中，能量储存装置100包含具有均一或实质上均一的形状、尺寸(例如直径、长度)、材料、孔隙率、表面改质材料和/或结构、任何其它合适特征或属性、其组合和/或类似物的硅藻壳。在能量储存100装置的多个层包括硅藻壳的实施例中，硅藻壳可为相同或实质上相同的(例如具有类似尺寸)或可为不同的(例如在隔离层130中绝缘且在电极140、150中经导电涂布)。
能量储存装置100可包含一或多个包括硅藻壳的层或膜，所述硅藻壳的长度范围为约0.5微米至约50微米、约1微米至约50微米、约1微米至约40微米、约1微米至约30微米、约1微米至约20微米、约1微米至约10微米、约5微米至约50微米、约5微米至约40微米、约5微米至约30微米、约5微米至约20微米以及约5微米至约10微米。在一些实施例中，圆柱形硅藻壳的长度不超过约50微米、不超过约40微米、不超过约30微米、不超过约20微米、不超过约15微米、不超过约10微米或不超过约5微米。其它硅藻壳长度亦为可能的。
能量储存装置100可包括一或多个包括硅藻壳的层或膜，所述硅藻壳的直径范围为约0.5微米至约50微米、约1微米至约50微米、约1微米至约40微米、约1微米至约30微米、约1微米至约20微米、约1微米至约10微米、约5微米至约50微米、约5微米至约40微米、约5微米至约30微米、约5微米至约20微米以及约5微米至约10微米。在一些实施例中，圆柱形硅藻壳的直径不超过约50微米、不超过约40微米、不超过约30微米、不超过约20微米、不超过约15微米、不超过约10微米、不超过约5微米、不超过约2微米或不超过约1微米。其它硅藻壳直径也是可能的。
能量储存装置100可包括具有均一或实质上均一的硅藻壳内孔隙率和/或硅藻壳间孔隙率的硅藻壳和/或具有在特定范围内的孔隙率的硅藻壳。在一些实施例中，能量储存装置100包括一或多个包含硅藻壳的层或膜，所述硅藻壳具有在约10％至约50％、约15％至约45％以及约20％至约40％的范围内的孔隙率。在一些实施例中，硅藻壳表面上的孔隙可具有约1纳米(nm)到约500nm的尺寸(例如长度、宽度、直径和/或最长尺寸)。举例来说，硅藻壳表面上的孔隙可具有可有助于所要能量储存装置性能(例如有助于装置所要电气性能的能量储存装置的电解离子的扩散)的尺寸。其它硅藻壳孔隙率也是可能的。
如本文所述，能量储存装置100可包含一或多个层或膜，所述层或膜包含：硅藻壳50，其不包括或实质上不包括施用或形成于硅藻壳50的表面上的表面改质材料和/或表面改质结构52；和/或硅藻壳50，其包括施用或形成于硅藻壳50的表面上以改变硅藻壳50的特性或属性的材料和/或结构52。举例来说，隔离层130可包括硅藻壳50，其不包括或实质上不包括施用或形成于硅藻壳50的表面上的表面改质材料和/或表面改质结构52，且电极140、150中的至少一个可包括硅藻壳50，其包括施用或形成于硅藻壳50的表面上以改变硅藻壳50的特性或属性的材料和/或结构52。另举一例，隔离层130可包括：一些硅藻壳50，其不包括或实质上不包括施用或形成于硅藻壳50的表面上的表面改质材料和/或表面改质结构52；及一些硅藻壳50，其包括施用或形成于硅藻壳50的表面上以改变硅藻壳50的特性或属性的材料和/或结构52。
在一些实施例中，能量储存装置100包括具有不均一或实质上不均一的形状、尺寸、孔隙率、表面改质材料和/或结构、另一合适属性和/或其组合的硅藻壳。
图7展示可形成能量储存装置100的一部分的隔离层或膜300的实施例。隔离层300包含硅藻壳320。在一些实施例中，能量储存装置100(图6)包含包括硅藻壳320的隔离层或膜300。举例来说，能量储存装置100可包含包括分散液的隔离层300，所述分散液包含硅藻壳320。如本文所述，可根据形状、尺寸、材料、孔隙率、其组合和/或类似物拣选硅藻壳320，使得隔离层300包括具有均一或实质上均一的形状、尺寸(例如长度、直径)、孔隙率、材料、其组合和/或类似物的硅藻壳320。举例来说，隔离层300可包含具有圆柱形或实质上圆柱形(例如，如图7中所示)、球形或实质上球形、另一形状和/或其组合的硅藻壳320。在一些实施例中，隔离层300包含具有在硅藻壳320的表面上施用或形成的材料和/或结构的硅藻壳320。隔离层300可包括硅藻壳320，其不包括或实质上不包括施用或形成于硅藻壳320的表面上(例如，如图7中所说明)的表面改质材料和/或表面改质结构。隔离层300可包括硅藻壳320，其包括施用或形成于硅藻壳320的表面上以改变硅藻壳320的特性或属性的材料和/或结构。隔离层300可包括：一些硅藻壳320，其不包括或实质上不包括施用或形成于硅藻壳320的表面上的表面改质材料和/或表面改质结构；及一些硅藻壳320，其包括施用或形成于硅藻壳320的表面上以改变硅藻壳320的特性或属性的材料和/或结构。
隔离层300可包括硅藻壳320(图6)，其具有足以允许实现能量储存装置100的第一电极140与第二电极150之间的稳定或实质上稳定分离的机械强度。在一些实施例中，隔离层300包括经组态以增加能量储存装置100的效率的硅藻壳320，例如通过使得第一电极140与第二电极150之间的间距能够减小和/或通过促进离子物种在第一电极140与第二电极150之间的流动。举例来说，硅藻壳320可具有均一或实质上均一的形状、尺寸、孔隙率、表面改质材料和/或结构、其组合和/或类似物，以便改良能量储存装置效率和/或机械强度。能量储存装置100的隔离层300可包括圆柱形或实质上圆柱形硅藻壳320，所述硅藻壳包含具有所需孔隙率、尺寸、和/或表面改质材料和/或结构的壁。
隔离层300可包括一或多层硅藻壳320。包括硅藻壳320的隔离层300可具有均一或实质上均一的厚度。在一些实施例中，包括硅藻壳320的隔离层300的厚度尽可能地薄。在一些实施例中，包括硅藻壳320的隔离层300的厚度为约1微米至约100微米，包含约1微米至约80微米、约1微米至约60微米、约1微米至约40微米、约1微米至约20微米、约1微米至约10微米、约5微米至约60微米、约5微米至约40微米、约5微米至约20微米、约5微米至约15微米、约5微米至约10微米、约10微米至约60微米、约10微米至约40微米、约10微米至约20微米、约10微米至约15微米、以及约15微米至约30微米。在一些实施例中，隔离层的厚度小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米、小于约60微米、小于约50微米、小于约40微米、小于约30微米、小于约20微米、小于约15微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约2微米、小于约1微米，以及包含以上述值作为界线且包含上述值的范围。隔离层300的其它厚度亦为可能的。举例来说，隔离层300可包括单一层硅藻壳320，使得隔离层300的厚度可至少部分视硅藻壳320的尺寸(例如最长轴、长度或直径)而定。
隔离层300可包括具有不均一或实质上不均一的形状、尺寸、孔隙率、表面改质材料和/或结构、其组合和/或类似物的硅藻壳320。
在一些实施例中，隔离层300可包含由非导电材料制得的中空和/或固体微球。举例来说，隔离层300可包含由玻璃、氧化铝、二氧化硅、聚苯乙烯、三聚氰胺、其组合和/或类似物制成的中空和/或固体微球。在一些实施例中，微球可具有有助于印刷隔离层300的尺寸。举例来说，隔离层300可包含具有约0.1微米(μm)到约50μm的直径的微球。包括中空和/或固体微球的隔离层的实例提供于2012年8月9日提交的题为“用于能量储存装置的可印刷离子凝胶分离层(Printable Ionic Gel Separation Layer for Energy StorageDevices)”的美国专利申请第13/223,279号中，其以全文引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，隔离层300包括经组态以减小能量储存装置100的第一电极140与第二电极150之间的电阻的材料。举例来说，再参看图7，在一些实施例中，隔离层300包括电解质340。电解质340可包含促进离子物种传导的任何材料，包含例如包括可在能量储存装置100的第一电极140与第二电极150之间输送的移动离子物种的材料。电解质340可包括可形成离子物种的任何化合物，包含(但不限于)硫酸钠(Na2SO4)、氯化锂(LiCl)和/或硫酸钾(K2SO4)。在一些实施例中，电解质340包括酸、碱或盐。在一些实施例中，电解质340包括强酸，包含(但不限于)硫酸(H2SO4)和/或磷酸(H3PO4)，或强碱，包含(但不限于)氢氧化钠(NaOH)和/或氢氧化钾(KOH)。在一些实施例中，电解质340包括具有一或多个已溶解的离子物种的溶剂。举例来说，电解质340可包括有机溶剂。在一些实施例中，电解质340包含离子液体或有机液体盐。电解质340可包括具有离子液体的水溶液。电解质340可包括具有离子液体的盐溶液。在一些实施例中，包括离子液体的电解质340包含丙二醇和/或乙腈。在一些实施例中，包括离子液体的电解质340包含酸或碱。举例来说，电解质340可包括与氢氧化钾组合的离子液体(例如添加0.1M KOH溶液)。
在一些实施例中，隔离层300包括聚合物360，诸如聚合凝胶。聚合物360可与电解质340组合。合适聚合物360可显示出电学及电化学稳定性，例如，当在电化学反应期间与电解质340组合和/或经受电势(例如在能量储存装置100的电极140、150之间存在的电势)时维持完整性和/或功能性。在一些实施例中，聚合物360可为无机聚合物。在一些实施例中，聚合物360可为合成聚合物。隔离层300可包含聚合物360，所述聚合物包括例如纤维素(例如塞璐芬(cellophane))、聚酰胺(例如尼龙)、聚丙烯、聚烯烃、聚乙烯(例如辐射接枝聚乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(环氧乙烷)、聚(丙烯腈)、聚(乙烯醇)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(氯乙烯)、聚[双(甲氧基乙氧基乙氧基磷氮烯)]、聚(乙烯砜)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(环氧丙烷)、其共聚物、其组合和/或类似物。在一些实施例中，聚合物360包括聚四氟乙烯(PTFE)，包含例如包括PTFE于水中的分散液(例如水性悬浮液)的水溶液。在一些实施例中，隔离层300可包括石棉、钛酸钾纤维、纤维肠衣、硼硅玻璃、氧化锆、其组合和/或类似物。在一些实施例中，电解质340经固定于聚合物360内部或上方以形成固体或半固体物质。在一些所述实施例中，电解质340经固定于聚合凝胶上方或内部，例如以形成电解凝胶。
在一些实施例中，隔离层300视情况包括粘着剂材料，以便能够改良在能量储存装置100的隔离层300内和/或隔离层300与第一电极140和/或第二电极150之间的硅藻壳320的粘着性。在一些实施例中，粘着剂材料包括聚合物360。举例来说，粘着剂材料可包括显示出电学及电化学稳定性且在能量储存装置100的隔离层300内和/或在隔离层300与第一电极140和/或第二电极150之间提供足够粘着性的聚合物360。
图8展示可形成能量储存装置100(图6)的一部分的实例电极层或膜400。电极400包含硅藻壳420。在一些实施例中，能量储存装置100(图6)包含一或多个包括硅藻壳420的电极层或膜400(例如，作为第一电极140和/或第二电极150)。举例来说，能量储存装置100可包含包括分散液的电极层或膜400，所述分散液包含硅藻壳420。如本文所述，可根据形状、尺寸、材料、孔隙率、其组合和/或类似物拣选硅藻壳420，使得电极400包括具有均一或实质上均一的形状、尺寸(例如长度、直径)、孔隙率、材料、其组合和/或类似物的硅藻壳420。举例来说，电极400可包含具有圆柱形或实质上圆柱形(例如，如图8中所示)、球形或实质上球形、另一形状和/或其组合的硅藻壳420。在一些实施例中，电极400包含具有在硅藻壳420的表面上施用或形成的材料和/或结构的硅藻壳420。电极400可包括不包括或实质上不包括表面改质材料的硅藻壳420，且可为绝缘的，和/或可具有施用或形成于硅藻壳420的表面上的表面改质结构。电极400可包括硅藻壳420，其包括施用或形成于硅藻壳420的表面上以改变硅藻壳420的特性或属性的材料和/或结构(例如，如图8中由硅藻壳420的表面上的鸡爪形特征示意性说明)。电极400可包括：一些硅藻壳420，其不包括或实质上不包括施用或形成于硅藻壳420的表面上的表面改质材料和/或表面改质结构；及一些硅藻壳420，其包括施用或形成于硅藻壳420的表面上以改变硅藻壳420的特性或属性的材料和/或结构。
电极400可包括为了机械强度而选择的硅藻壳420，使得包含电极400的能量储存装置100可承受压缩力和/或改变形状的变形。在一些实施例中，电极400包括经组态以增加能量储存装置100的效率的硅藻壳420，例如通过促进离子物种在电极400内和/或在电极400与能量储存装置100的其它部件之间的流动。举例来说，硅藻壳420可具有均一或实质上均一的形状、尺寸、孔隙率、表面改质材料和/或结构、其组合和/或类似物，以便改良能量储存装置效率和/或机械强度。能量储存装置100的电极400可包括圆柱形或实质上圆柱形硅藻壳420，所述硅藻壳包含具有所需孔隙率、尺寸、和/或表面改质材料和/或结构的壁。
电极400可包括一或多层硅藻壳420。包括硅藻壳420的电极400可具有均一或实质上均一的厚度。在一些实施例中，包括硅藻壳420的电极400的厚度至少部分视电阻、可用材料的量、所需能量装置厚度或其类似物而定。在一些实施例中，包括硅藻壳420的电极400的厚度为约1微米至约100微米，包含约1微米至约80微米、约1微米至约60微米、约1微米至约40微米、约1微米至约20微米、约1微米至约10微米，约5微米至约100微米，包含约5微米至约80微米、约5微米至约60微米、约5微米至约40微米、约5微米至约20微米、约5微米至约10微米、约10微米至约60微米、约10微米至约40微米、约10微米至约20微米、约10微米至约15微米、以及约15微米至约30微米。在一些实施例中，包括硅藻壳420的电极400的厚度小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米、小于约60微米、小于约50微米、小于约40微米、小于约30微米、小于约20微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约2微米、或小于约1微米，以及包含以上述值作为界线且包含上述值的范围。隔离层300的其它厚度亦为可能的。
电极400可包括具有不均一或实质上不均一的形状、尺寸、孔隙率、表面改质材料和/或结构、其组合和/或类似物的硅藻壳420。
在一些实施例中，电极400视情况包括增强电极400内电子的传导性的材料。举例来说，再参看图8，在一些实施例中，电极400包括导电填充剂460，以改良电极400内的电传导。导电填充剂460可包括导电碳材料。举例来说，导电填充剂460可包括石墨碳、石墨烯、碳纳米管(例如单壁和/或多壁)、其组合和/或类似物。在一些实施例中，导电填充剂460可包含金属材料(例如银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)和/或铂(Pt))。在一些实施例中，导电填充剂460可包含半导体材料(例如硅(Si)、锗(Ge))和/或含半导体合金(例如铝-硅(AlSi)合金)。在包括多个电极400的能量储存装置100中，电极400可包含不同硅藻壳和/或不同添加剂，例如包含不同离子和/或产生离子的物种。在一些实施例中，电极400可包括电解质，例如本文中关于图7的隔离层300所述的电解质340。在一些实施例中，电极400可包括聚合物，例如本文中关于图7的隔离层300所述的聚合物360。在一些实施例中，电极400可包含一或多种活性材料(例如游离活性材料，诸如除硅藻壳的一或多个表面上的纳米结构活性材料以外的活性材料)。
在一些实施例中，电极400可包含粘合剂。粘合剂可包括聚合物。用于电极粘合剂的合适的聚合物、聚合前体和/或可聚合前体可包含例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚乙二醇六氟丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯己内酰胺、聚氯乙烯、聚酰亚胺聚合物和共聚物(例如脂族、芳香族和/或半芳香族聚酰亚胺)、聚酰胺、聚丙烯酰胺、丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸酯聚合物和共聚物(诸如聚甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯腈、丙烯腈丁二烯苯乙烯、甲基丙烯酸烯丙酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚醚砜、尼龙、苯乙烯-丙烯腈树脂；聚乙二醇、粘土(诸如锂皂石粘土、膨润土粘土、有机改质粘土)；糖和多糖，诸如瓜尔豆胶、黄原胶、淀粉、丁基橡胶、琼脂糖、果胶；纤维素和改质纤维素，诸如羟甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、丙基甲基纤维素、甲氧基纤维素、甲氧基甲基纤维素、甲氧基丙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、纤维素醚、纤维素***、壳聚糖、其共聚物、其组合和/或类似物。
在一些实施例中，电极400可包含腐蚀抑制剂和/或一或多种其它功能添加剂。在一些实施例中，腐蚀抑制剂可包含一或多种表面活性有机化合物。在一些实施例中，腐蚀抑制剂可包括二醇、硅酸盐、汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sn)、铋(Bi)、其组合和/或类似物。
在一些实施例中，电极400视情况包括粘着剂材料，以使得能够改良在电极400内和/或电极400与能量储存装置100的另一组件(诸如隔离层130和/或集电体110、120)之间的硅藻壳420的粘着性。在一些实施例中，电极400中的粘着剂材料包括聚合物，例如本文所述的聚合物360。
实施例
以下实施例识别本文中所揭示的特征组合的一些可能排列，但特征组合的其它排列亦为可能的。
1.一种印刷能量储存装置，包括：
第一电极；
第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间的隔离层，所述第一电极、所述第二电极以及所述隔离层中的至少一个包含硅藻壳。
2.如实施例1所述的装置，其中所述隔离层包含所述硅藻壳。
3.如实施例1或2所述的装置，其中所述第一电极包含所述硅藻壳。
4.如实施例1至3中任一项所述的装置，其中所述第二电极包含所述硅藻壳。
5.如实施例1至4中任一项所述的装置，其中所述硅藻壳具有实质上均一的性质。
6.如实施例5所述的装置，其中性质包括形状。
7.如实施例6所述的装置，其中所述形状包括圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。
8.如实施例5至7中任一项所述的装置，其中所述性质包括尺寸。
9.如实施例8所述的装置，其中所述尺寸包括直径。
10.如实施例9所述的装置，其中所述直径在约2微米至约10微米的范围内。
11.如实施例8所述的装置，其中所述尺寸包括长度。
12.如实施例9所述的装置，其中所述长度在约5微米至约20微米的范围内。
13.如实施例8所述的装置，其中所述尺寸包括最长轴。
14.如实施例9所述的装置，其中所述最长轴在约5微米至约20微米的范围内。
15.如实施例5至14中任一项所述的装置，其中所述性质包括孔隙率。
16.如实施例15所述的装置，其中所述孔隙率在约20％至约50％的范围内。
17.如实施例5至16中任一项所述的装置，其中所述性质包括机械强度。
18.如实施例1至17中任一项所述的装置，其中所述硅藻壳包括表面改质结构。
19.如实施例18所述的装置，其中所述表面改质结构包含导电材料。
20.如实施例19所述的装置，其中所述导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。
21.如实施例18至20中任一项所述的装置，其中所述表面改质结构包含氧化锌(ZnO)。
22.如实施例18至21中任一项所述的装置，其中所述表面改质结构包含半导体。
23.如实施例22所述的装置，其中所述半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。
24.如实施例18至23中任一项所述的装置，其中所述表面改质结构包括纳米线、纳米粒子以及具有重萼状的结构中的至少一个。
25.如实施例18至24中任一项所述的装置，其中所述表面改质结构在所述硅藻壳的外表面上。
26.如实施例18至25中任一项所述的装置，其中所述表面改质结构在所述硅藻壳的内表面上。
27.如实施例1至26中任一项所述的装置，其中所述硅藻壳包括表面改质材料。
28.如实施例27所述的装置，其中所述表面改质材料包含导电材料。
29.如实施例28所述的装置，其中所述导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。
30.如实施例27至29中任一项所述的装置，其中所述表面改质材料包含氧化锌(ZnO)。
31.如实施例27至30中任一项所述的装置，其中所述表面改质材料包含半导体。
32.如实施例31所述的装置，其中所述半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。
33.如实施例27至32中任一项所述的装置，其中所述表面改质材料在所述硅藻壳的外表面上。
34.如实施例37至33中任一项所述的装置，其中所述表面改质材料在所述硅藻壳的内表面上。
35.如实施例1至34中任一项所述的装置，其中所述第一电极包括导电填充剂。
36.如实施例1至35中任一项所述的装置，其中所述第二电极包括导电填充剂。
37.如实施例34或35所述的装置，其中所述导电填充剂包括石墨碳。
38.如实施例35至37中任一项所述的装置，其中所述导电填充剂包括石墨烯。
39.如实施例1至38中任一项所述的装置，其中所述第一电极包括粘着性材料。
40.如实施例1至39中任一项所述的装置，其中所述第二电极包括粘着性材料。
41.如实施例1至40中任一项所述的装置，其中所述隔离层包括粘着性材料。
42.如实施例39至41中任一项所述的装置，其中所述粘着性材料包括聚合物。
43.如实施例1至42中任一项所述的装置，其中所述隔离层包括电解质。
44.如实施例43所述的装置，其中所述电解质包括离子液体、酸、碱以及盐中的至少一个。
45.如实施例43或44所述的装置，其中所述电解质包括电解凝胶。
46.如实施例1至45中任一项所述的装置，还包括与所述第一电极电连通的第一集电体。
47.如实施例1至46中任一项所述的装置，还包括与所述第二电极电连通的第二集电体。
48.如实施例1至47中任一项所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括电容器。
49.如实施例1至47中任一项所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括超级电容器。
50.如实施例1至47中任一项所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括电池。
51.一种***，包括多个堆叠在彼此顶部上的如实施例1至50中任一项所述的装置。
52.一种电装置，包括如实施例1至50中任一项所述的装置或如实施例51所述的***。
53.一种用于印刷能量储存装置的膜，所述膜包括硅藻壳。
54.如实施例53所述的膜，其中所述硅藻壳具有实质上均一的性质。
55.如实施例54所述的膜，其中所述性质包括形状。
56.如实施例55所述的膜，其中所述形状包括圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。
57.如实施例54至56中任一项所述的膜，其中所述性质包括尺寸。
58.如实施例57所述的膜，其中所述尺寸包括直径。
59.如实施例58所述的膜，其中所述直径在约2微米至约10微米的范围内。
60.如实施例54至59中任一项所述的膜，其中所述尺寸包括长度。
61.如实施例60所述的膜，其中所述长度在约5微米至约20微米的范围内。
62.如实施例54至61中任一项所述的膜，其中所述尺寸包括最长轴。
63.如实施例62所述的膜，其中所述最长轴在约5微米至约20微米的范围内。
64.如实施例54至63中任一项所述的膜，其中所述性质包括孔隙率。
65.如实施例64所述的膜，其中所述孔隙率在约20％至约50％的范围内。
66.如实施例54至65中任一项所述的膜，其中所述性质包括机械强度。
67.如实施例53至66中任一项所述的膜，其中所述硅藻壳包括表面改质结构。
68.如实施例67所述的膜，其中所述表面改质结构包含导电材料。
69.如实施例68所述的膜，其中所述导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。
70.如实施例67至69中任一项所述的膜，其中所述表面改质结构包含氧化锌(ZnO)。
71.如实施例67至70中任一项所述的膜，其中所述表面改质结构包含半导体。
72.如实施例71所述的膜，其中所述半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。
73.如实施例67至72中任一项所述的膜，其中所述表面改质结构包括纳米线、纳米粒子以及具有重萼状的结构中的至少一个。
74.如实施例67至73中任一项所述的膜，其中所述表面改质结构在所述硅藻壳的外表面上。
75.如实施例67至74中任一项所述的膜，其中所述表面改质结构在所述硅藻壳的内表面上。
76.如实施例53至75中任一项所述的膜，其中所述硅藻壳包括表面改质材料。
77.如实施例76所述的膜，其中表面改质材料包含导电材料。
78.如实施例77所述的膜，其中所述导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。
79.如实施例76至78中任一项所述的膜，其中所述表面改质材料包含氧化锌(ZnO)。
80.如实施例76至79中任一项所述的膜，其中所述表面改质材料包含半导体。
81.如实施例80所述的膜，其中所述半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。
82.如实施例76至81中任一项所述的膜，其中所述表面改质材料在所述硅藻壳的外表面上。
83.如实施例76至82中任一项所述的膜，其中所述表面改质材料在所述硅藻壳的内表面上。
84.如实施例83至83中任一项所述的膜，还包括导电填充剂。
85.如实施例84所述的膜，其中所述导电填充剂包括石墨碳。
86.如实施例84或85所述的膜，其中所述导电填充剂包括石墨烯。
87.如实施例53至86中任一项所述的膜，还包括粘着性材料。
88.如实施例87所述的膜，其中所述粘着性材料包括聚合物。
89.如实施例53至88中任一项所述的膜，还包括电解质。
90.如实施例89所述的膜，其中所述电解质包括离子液体、酸、碱以及盐中的至少一个。
91.如实施例89或90所述的膜，其中所述电解质包括电解凝胶。
92.一种能量储存装置，包括如实施例53至91中任一项所述的膜。
93.如实施例92所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括电容器。
94.如实施例92所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括超级电容器。
95.如实施例92所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括电池。
96.一种***，包括多个堆叠在彼此顶部上的如实施例92至95中任一项所述的装置。
97.一种电装置，包括如实施例92至95中任一项所述的装置或如实施例96所述的***。
98.一种制造印刷能量储存装置的方法，所述方法包括：
形成第一电极；
形成第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间形成隔离层，所述第一电极、所述第二电极以及所述隔离层中的至少一个包含硅藻壳。
99.如实施例98所述的方法，其中所述隔离层包含所述硅藻壳。
100.如实施例99所述的方法，其中形成所述隔离层包含形成包含所述硅藻壳的分散液。
101.如实施例99或100所述的方法，其中形成所述隔离层包含网版印刷所述隔离层。
102.如实施例99所述的方法，其中形成所述隔离层包含形成包含所述硅藻壳的膜。
103.如实施例102所述的方法，其中形成所述隔离层包含辊对辊印刷包含所述隔离层的膜。
104.如实施例98至103中任一项所述的方法，其中所述第一电极包含所述硅藻壳。
105.如实施例104所述的方法，其中形成所述第一电极包含形成包含所述硅藻壳的分散液。
106.如实施例104或105所述的方法，其中形成所述第一电极包含网版印刷所述第一电极。
107.如实施例104所述的方法，其中形成所述第一电极包含形成包含所述硅藻壳的膜。
108.如实施例107所述的方法，其中形成所述第一电极包含辊对辊印刷包含所述第一电极的膜。
109.如实施例98至108中任一项所述的方法，其中所述第二电极包含所述硅藻壳。
110.如实施例109所述的方法，其中形成所述第二电极包含形成包含所述硅藻壳的分散液。
111.如实施例109或110所述的方法，其中形成所述第二电极包含网版印刷所述第二电极。
112.如实施例109所述的方法，其中形成所述第二电极包含形成包含所述硅藻壳的膜。
113.如实施例112所述的方法，其中形成所述第二电极包含辊对辊印刷包含所述第二电极的膜。
114.如实施例98至113中任一项所述的方法，还包括根据性质拣选所述硅藻壳。
115.如实施例114所述的方法，其中所述性质包括形状、尺寸、材料以及孔隙率中的至少一个。
116.一种墨水，包括：
溶液；及
分散于所述溶液中的硅藻壳。
117.如实施例116所述的墨水，其中所述硅藻壳具有实质上均一的性质。
118.如实施例117所述的墨水，其中所述性质包括形状。
119.如实施例118所述的墨水，其中所述形状包括圆柱体、球体、圆盘或棱柱体。
120.如实施例117至119中任一项所述的墨水，其中所述性质包括尺寸。
121.如实施例120所述的墨水，其中所述尺寸包括直径。
122.如实施例121所述的墨水，其中所述直径在约2微米至约10微米的范围内。
123.如实施例117至122中任一项所述的墨水，其中所述尺寸包括长度。
124.如实施例123所述的墨水，其中所述长度在约5微米至约20微米的范围内。
125.如实施例117至124中任一项所述的墨水，其中所述尺寸包括最长轴。
126.如实施例125所述的墨水，其中所述最长轴在约5微米至约20微米的范围内。
127.如实施例117至126中任一项所述的墨水，其中所述性质包括孔隙率。
128.如实施例127所述的墨水，其中所述孔隙率在约20％至约50％的范围内。
129.如实施例117至128中任一项所述的墨水，其中所述性质包括机械强度。
130.如实施例116至129中任一项所述的墨水，其中所述硅藻壳包括表面改质结构。
131.如实施例130所述的墨水，其中所述表面改质结构包含导电材料。
132.如实施例131所述的墨水，其中所述导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。
133.如实施例130至132中任一项所述的墨水，其中所述表面改质结构包含氧化锌(ZnO)。
134.如实施例130至133中任一项所述的墨水，其中所述表面改质结构包含半导体。
135.如实施例134所述的墨水，其中所述半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。
136.如实施例130至135中任一项所述的墨水，其中所述表面改质结构包括纳米线、纳米粒子以及具有重萼状的结构中的至少一个。
137.如实施例130至136中任一项所述的墨水，其中所述表面改质结构在所述硅藻壳的外表面上。
138.如实施例130至137中任一项所述的墨水，其中所述表面改质结构在所述硅藻壳的内表面上。
139.如实施例116至138中任一项所述的墨水，其中所述硅藻壳包括表面改质材料。
140.如实施例139所述的墨水，其中表面改质材料包含导电材料。
141.如实施例140所述的墨水，其中所述导电材料包含银、铝、钽、铜、锂、镁以及黄铜中的至少一个。
142.如实施例139至141中任一项所述的墨水，其中所述表面改质材料包含氧化锌(ZnO)。
143.如实施例139至142中任一项所述的墨水，其中所述表面改质材料包含半导体。
144.如实施例143所述的墨水，其中所述半导体包含硅、锗、硅锗以及砷化镓中的至少一个。
145.如实施例139至144中任一项所述的墨水，其中所述表面改质材料在所述硅藻壳的外表面上。
146.如实施例139至145中任一项所述的墨水，其中所述表面改质材料在所述硅藻壳的内表面上。
147.如实施例116至146中任一项所述的墨水，还包括导电填充剂。
148.如实施例147所述的墨水，其中所述导电填充剂包括石墨碳。
149.如实施例147或148所述的墨水，其中所述导电填充剂包括石墨烯。
150.如实施例116至149中任一项所述的墨水，还包括粘着性材料。
151.如实施例150所述的墨水，其中所述粘着性材料包括聚合物。
152.如实施例116至151中任一项所述的墨水，还包括电解质。
153.如实施例152所述的墨水，其中所述电解质包括离子液体、酸、碱以及盐中的至少一个。
154.如实施例152或153所述的墨水，其中所述电解质包括电解凝胶。
155.一种装置，包括如实施例116至154中任一项所述的墨水。
156.如实施例155所述的装置，其中所述装置包括印刷能量储存装置。
157.如实施例156所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括电容器。
158.如实施例156所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括超级电容器。
159.如实施例156所述的装置，其中所述印刷能量储存装置包括电池。
160.一种提取硅藻壳部分的方法，所述方法包括：
将多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中；
去除有机污染物及无机污染物中的至少一个；
将所述多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中，所述表面活性剂减少所述多个硅藻壳部分的聚结；以及
使用盘式堆叠离心机提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。
161.如实施例160所述的方法，其中所述至少一个共同特性包括尺寸、形状、材料以及破碎程度中的至少一个。
162.如实施例161所述的方法，其中所述尺寸包括长度及直径中的至少一个。
163.如实施例160至162中任一项所述的方法，其中固体混合物包括所述多个硅藻壳部分。
164.如实施例163所述的方法，还包括减小所述固体混合物的粒子尺寸。
165.如实施例164所述的方法，其中减小所述固体混合物的粒子尺寸是在将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中之前进行。
166.如实施例164或165所述的方法，其中减小所述粒子尺寸包括研磨所述固体混合物。
167.如实施例166所述的方法，其中研磨所述固体混合物包括将研钵及研杵、罐磨机以及碎石机中的至少一个应用于所述固体混合物。
168.如实施例163至167中任一项所述的方法，还包括提取所述固体混合物中的最长组分尺寸大于所述多个硅藻壳部分的最长硅藻壳部分尺寸的组分。
169.如实施例168所述的方法，其中提取所述固体混合物的所述组分包括筛出所述固体混合物。
170.如实施例169所述的方法，其中筛出所述固体混合物包括使用具有约15微米至约25微米的目径的筛子处理所述固体混合物。
171.如实施例169所述的方法，其中筛出所述固体混合物包括使用具有约10微米至约25微米的目径的筛子处理所述固体混合物。
172.如实施例160至171中任一项所述的方法，还包括拣选所述多个硅藻壳部分以使第一硅藻壳部分与第二硅藻壳部分分离，所述第一硅藻壳部分具有较大的最长尺寸。
173.如实施例172所述的方法，其中所述第一硅藻壳部分包括多个未破碎的硅藻壳部分。
174.如实施例172或173所述的方法，其中所述第二硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
175.如实施例172至174中任一项所述的方法，其中拣选包括过滤所述多个硅藻壳部分。
176.如实施例175所述的方法，其中过滤包括干扰所述多个硅藻壳部分的聚结。
177.如实施例176所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括搅拌。
178.如实施例176或177所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括震荡。
179.如实施例176至178中任一项所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括起泡。
180.如实施例175至179中任一项所述的方法，其中过滤包括将筛子应用于所述多个硅藻壳部分。
181.如实施例180所述的方法，其中所述筛子具有约5微米至约10微米的目径。
182.如实施例180所述的方法，其中所述筛子具有约7微米的目径。
183.如实施例160至182中任一项所述的方法，还包括获得经洗涤的硅藻壳部分。
184.如实施例183所述的方法，其中获得所述经洗涤的硅藻壳部分包括在去除所述有机污染物及所述无机污染物中的至少一个后，使用清洗溶剂洗涤所述多个硅藻壳部分。
185.如实施例183或184所述的方法，其中获得所述经洗涤的硅藻壳部分包括使用清洗溶剂洗涤具有所述至少一个共同特性的所述硅藻壳部分。
186.如实施例184或185所述的方法，还包括去除所述清洗溶剂。
187.如实施例186所述的方法，其中去除所述清洗溶剂包括在去除所述有机污染物及所述无机污染物中的至少一个后沉降所述多个硅藻壳部分。
188.如实施例186或187所述的方法，其中去除所述清洗溶剂包括沉降具有所述至少一个共同特性的所述多个硅藻壳部分。
189.如实施例187或188所述的方法，其中沉降包括离心。
190.如实施例189所述的方法，其中离心包括应用适于大规模处理的离心机。
191.如实施例190所述的方法，其中离心包括应用盘式堆叠离心机、倾析离心机以及管式离心机中的至少一个。
192.如实施例184至191中任一项所述的方法，其中所述分散溶剂及所述清洗溶剂中的至少一个包括水。
193.如实施例160至192中任一项所述的方法，其中将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中及将所述多个硅藻壳部分分散于所述表面活性剂中的至少一个包括声波处理所述多个硅藻壳。
194.如实施例160至193中任一项所述的方法，其中所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂。
195.如实施例194所述的方法，其中所述阳离子表面活性剂包括氯化苄烷铵、西曲溴铵、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵、苄索氯铵、苄索氯铵、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化铵以及氢氧化四甲基铵中的至少一个。
196.如实施例160至195中任一项所述的方法，其中所述表面活性剂包括非离子表面活性剂。
197.如实施例196所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、辛酚乙氧基化物(Triton X-100TM)、壬苯醇醚-9、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯以及泊洛沙姆中的至少一个。
198.如实施例160至197中任一项所述的方法，还包括将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中。
199.如实施例198所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中是在将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中之前进行。
200.如实施例198所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中是在将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中之后进行。
201.如实施例198所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中与将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中至少部分同时发生。
202.如实施例198至201中任一项所述的方法，其中所述添加剂组分包括氯化钾、氯化铵、氢氧化铵以及氢氧化钠中的至少一个。
203.如实施例160至202中任一项所述的方法，其中分散所述多个硅藻壳部分包括获得包括约1重量百分比至约5重量百分比的所述多个硅藻壳部分的分散液。
204.如实施例160至203中任一项所述的方法，其中去除所述有机污染物包括在漂白剂存在下加热所述多个硅藻壳部分。
205.如实施例204所述的方法，其中所述漂白剂包括过氧化氢及硝酸中的至少一个。
206.如实施例205所述的方法，其中加热包括在包括范围为约10体积百分比至约20体积百分比的量的过氧化氢的溶液中加热所述多个硅藻壳部分。
207.如实施例204至206中任一项所述的方法，其中加热包括加热所述多个硅藻壳部分约5分钟至约15分钟的持续时间。
208.如实施例160至207中任一项所述的方法，其中去除所述有机污染物包括将所述多个硅藻壳部分退火。
209.如实施例160至208中任一项所述的方法，其中去除所述无机污染物包括使所述多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合。
210.如实施例209所述的方法，其中所述组合包括将所述多个硅藻壳部分混合于包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸的溶液中。
211.如实施例210所述的方法，其中所述混合持续约20分钟至约40分钟。
212.一种提取硅藻壳部分的方法，所述方法包括：
使用盘式堆叠离心机提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。
213.如实施例212所述的方法，还包括将所述多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中。
214.如实施例212或213所述的方法，还包括去除有机污染物及无机污染物中的至少一个。
215.如实施例212至214中任一项所述的方法，还包括将所述多个硅藻壳部分分散于表面活性剂中，所述表面活性剂减少所述多个硅藻壳部分的聚结。
216.如实施例212至215中任一项所述的方法，其中所述至少一个共同特性包括尺寸、形状、材料以及破碎程度中的至少一个。
217.如实施例216所述的方法，其中所述尺寸包括长度及直径中的至少一个。
218.如实施例212至217中任一项所述的方法，其中固体混合物包括所述多个硅藻壳部分。
219.如实施例218所述的方法，还包括减小所述固体混合物的粒子尺寸。
220.如实施例219所述的方法，其中减小所述固体混合物的粒子尺寸是在将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中之前进行。
221.如实施例219或220所述的方法，其中减小所述粒子尺寸包括研磨所述固体混合物。
222.如实施例221所述的方法，其中研磨所述固体混合物包括将研钵及研杵、罐磨机以及碎石机中的至少一个应用于所述固体混合物。
223.如实施例219至222中任一项所述的方法，还包括提取所述固体混合物的最长组分尺寸大于所述多个硅藻壳部分的最长硅藻壳部分尺寸的组分。
224.如实施例223所述的方法，其中提取所述固体混合物的组分包括筛出所述固体混合物。
225.如实施例224所述的方法，其中筛出所述固体混合物包括使用具有约15微米至约25微米的目径的筛子处理所述固体混合物。
226.如实施例224所述的方法，其中筛出所述固体混合物包括使用具有约10微米至约25微米的目径的筛子处理所述固体混合物。
227.如实施例212至226中任一项所述的方法，还包括拣选所述多个硅藻壳部分以使第一硅藻壳部分与第二硅藻壳部分分离，所述第一硅藻壳部分具有较大最长尺寸。
228.如实施例227所述的方法，其中所述第一硅藻壳部分包括多个未破碎的硅藻壳部分。
229.如实施例227或228所述的方法，其中所述第二硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
230.如实施例227至229中任一项所述的方法，其中拣选包括过滤所述多个硅藻壳部分。
231.如实施例230所述的方法，其中过滤包括干扰所述多个硅藻壳部分的聚结。
232.如实施例231所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括搅拌。
233.如实施例231或282所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括震荡。
234.如实施例231至233中任一项所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括起泡。
235.如实施例230至234中任一项所述的方法，其中过滤包括将筛子应用于所述多个硅藻壳部分。
236.如实施例235所述的方法，其中所述筛子具有约5微米至约10微米的目径。
237.如实施例235所述的方法，其中所述筛子具有约7微米的目径。
238.如实施例212至237中任一项所述的方法，还包括获得经洗涤的硅藻壳部分。
239.如实施例238所述的方法，其中获得所述经洗涤的硅藻壳部分包括在去除所述有机污染物及所述无机污染物中的至少一个后，使用清洗溶剂洗涤所述多个硅藻壳部分。
240.如实施例238或239所述的方法，其中获得所述经洗涤的硅藻壳部分包括使用清洗溶剂洗涤具有所述至少一个共同特性的所述硅藻壳部分。
241.如实施例239或240所述的方法，还包括去除所述清洗溶剂。
242.如实施例241所述的方法，其中去除所述清洗溶剂包括在去除所述有机污染物及所述无机污染物中的至少一个后沉降所述多个硅藻壳部分。
243.如实施例241或242所述的方法，其中去除所述清洗溶剂包括沉降具有所述至少一个共同特性的所述多个硅藻壳部分。
244.如实施例242或243所述的方法，其中沉降包括离心。
245.如实施例244所述的方法，其中离心包括应用适于大规模处理的离心机。
246.如实施例245所述的方法，其中离心包括应用盘式堆叠离心机、倾析离心机以及管式离心机中的至少一个。
247.如实施例240至246中任一项所述的方法，其中所述分散溶剂及所述清洗溶剂中的至少一个包括水。
248.如实施例215至247中任一项所述的方法，其中将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中及将所述多个硅藻壳部分分散于所述表面活性剂中的至少一个包括声波处理所述多个硅藻壳。
249.如实施例215至248中任一项所述的方法，其中所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂。
250.如实施例249所述的方法，其中所述阳离子表面活性剂包括氯化苄烷铵、西曲溴铵、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵、苄索氯铵、苄索氯铵、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化铵以及氢氧化四甲基铵中的至少一个。
251.如实施例212至250中任一项所述的方法，其中所述表面活性剂包括非离子表面活性剂。
252.如实施例251所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、辛酚乙氧基化物(Triton X-100TM)、壬苯醇醚-9、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯以及泊洛沙姆中的至少一个。
253.如实施例212至252中任一项所述的方法，还包括将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中。
254.如实施例253所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中是在将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中之前进行。
255.如实施例253所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中是在将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中之后进行。
256.如实施例253所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中与将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中至少部分同时发生。
257.如实施例253至256中任一项所述的方法，其中所述添加剂组分包括氯化钾、氯化铵、氢氧化铵以及氢氧化钠中的至少一个。
258.如实施例213至257中任一项所述的方法，其中将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中包括获得包括约1重量百分比至约5重量百分比的所述多个硅藻壳部分的分散液。
259.如实施例214至258中任一项所述的方法，其中去除所述有机污染物包括在漂白剂存在下加热所述多个硅藻壳部分。
260.如实施例259所述的方法，其中所述漂白剂包括过氧化氢及硝酸中的至少一个。
261.如实施例260所述的方法，其中加热包括在包括范围为约10体积百分比至约20体积百分比的量的过氧化氢的溶液中加热所述多个硅藻壳部分。
262.如实施例259至261中任一项所述的方法，其中加热包括加热所述多个硅藻壳部分约5分钟至约15分钟的持续时间。
263.如实施例214至262中任一项所述的方法，其中去除所述有机污染物包括将所述多个硅藻壳部分退火。
264.如实施例214至263中任一项所述的方法，其中去除所述无机污染物包括使所述多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合。
265.如实施例264所述的方法，其中组合包括将所述多个硅藻壳部分混合于包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸的溶液中。
266.如实施例265所述的方法，其中所述混合持续约20分钟至约40分钟。
267.一种提取硅藻壳部分的方法，所述方法包括：
使用表面活性剂分散多个硅藻壳部分，所述表面活性剂减少所述多个硅藻壳部分的聚结。
268.如实施例267所述的方法，还包括使用盘式堆叠离心机提取具有至少一个共同特性的多个硅藻壳部分。
269.如实施例267或268所述的方法，还包括将所述多个硅藻壳部分分散于分散溶剂中。
270.如实施例267至269中任一项所述的方法，还包括去除有机污染物及无机污染物中的至少一个。
271.如实施例267至270中任一项所述的方法，其中所述至少一个共同特性包括尺寸、形状、材料以及破碎程度中的至少一个。
272.如实施例271所述的方法，其中所述尺寸包括长度及直径中的至少一个。
273.如实施例267至272中任一项所述的方法，其中固体混合物包括所述多个硅藻壳部分。
274.如实施例273所述的方法，还包括减小所述固体混合物的粒子尺寸。
275.如实施例274所述的方法，其中减小所述固体混合物的粒子尺寸是在将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中之前进行。
276.如实施例274或275所述的方法，其中减小所述粒子尺寸包括研磨所述固体混合物。
277.如实施例276所述的方法，其中研磨所述固体混合物包括将研钵及研杵、罐磨机以及碎石机中的至少一个应用于所述固体混合物。
278.如实施例273至277中任一项所述的方法，还包括提取所述固体混合物的最长组分尺寸大于所述多个硅藻壳部分的最长硅藻壳部分尺寸的组分。
279.如实施例278所述的方法，其中提取所述固体混合物的所述组分包括筛出所述固体混合物。
280.如实施例279所述的方法，其中筛出所述固体混合物包括使用具有约15微米至约25微米的目径的筛子处理所述固体混合物。
281.如实施例279所述的方法，其中筛出所述固体混合物包括使用具有约10微米至约25微米的目径的筛子处理所述固体混合物。
282.如实施例267至281中任一项所述的方法，还包括拣选所述多个硅藻壳部分以使第一硅藻壳部分与第二硅藻壳部分分离，所述第一硅藻壳部分具有较大最长尺寸。
283.如实施例282所述的方法，其中所述第一硅藻壳部分包括多个未破碎的硅藻壳部分。
284.如实施例282或283所述的方法，其中所述第二硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
285.如实施例282至284中任一项所述的方法，其中拣选包括过滤所述多个硅藻壳部分。
286.如实施例285所述的方法，其中过滤包括干扰所述多个硅藻壳部分的聚结。
287.如实施例286所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括搅拌。
288.如实施例286或287所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括震荡。
289.如实施例286至288中任一项所述的方法，其中干扰所述多个硅藻壳部分的聚结包括起泡。
290.如实施例285至289中任一项所述的方法，其中过滤包括将筛子应用于所述多个硅藻壳部分。
291.如实施例290所述的方法，其中所述筛子具有约5微米至约10微米的目径。
292.如实施例290所述的方法，其中所述筛子具有约7微米的目径。
293.如实施例267至292中任一项所述的方法，还包括获得经洗涤的硅藻壳部分。
294.如实施例293所述的方法，其中获得所述经洗涤的硅藻壳部分包括在去除所述有机污染物及所述无机污染物中的至少一个后，使用清洗溶剂洗涤所述多个硅藻壳部分。
295.如实施例293或294所述的方法，其中获得所述经洗涤的硅藻壳部分包括使用清洗溶剂洗涤具有所述至少一个共同特性的所述硅藻壳部分。
296.如实施例294或295所述的方法，还包括去除所述清洗溶剂。
297.如实施例296所述的方法，其中去除所述清洗溶剂包括在去除所述有机污染物及所述无机污染物中的至少一个后沉降所述多个硅藻壳部分。
298.如实施例296或297所述的方法，其中去除所述清洗溶剂包括沉降具有所述至少一个共同特性的所述多个硅藻壳部分。
299.如实施例297或298所述的方法，其中沉降包括离心。
300.如实施例299所述的方法，其中离心包括应用适于大规模处理的离心机。
301.如实施例300所述的方法，其中离心包括应用盘式堆叠离心机、倾析离心机以及管式离心机中的至少一个。
302.如实施例295至301中任一项所述的方法，其中所述分散溶剂及所述清洗溶剂中的至少一个包括水。
303.如实施例269至302中任一项所述的方法，其中将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中及将所述多个硅藻壳部分分散于所述表面活性剂中的至少一个包括声波处理所述多个硅藻壳。
304.如实施例267至303中任一项所述的方法，其中所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂。
305.如实施例304所述的方法，其中所述阳离子表面活性剂包括氯化苄烷铵、西曲溴铵、月桂基甲基葡糖醚-10羟丙基二甲基氯化铵、苄索氯铵、苄索氯铵、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化铵以及氢氧化四甲基铵中的至少一个。
306.如实施例267至305中任一项所述的方法，其中所述表面活性剂包括非离子表面活性剂。
307.如实施例306所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括鲸蜡醇、硬脂醇、鲸蜡硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇单十二醚、糖苷烷基醚、癸基糖苷、聚氧乙二醇辛酚醚、辛酚乙氧基化物(Triton X-100TM)、壬苯醇醚-9、月桂酸甘油酯、聚山梨醇酯以及泊洛沙姆中的至少一个。
308.如实施例267至307中任一项所述的方法，还包括将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中。
309.如实施例308所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中是在将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中之前进行。
310.如实施例308所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中是在将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中之后进行。
311.如实施例308所述的方法，其中将所述多个硅藻壳分散于添加剂组分中与将所述多个硅藻壳分散于所述表面活性剂中至少部分同时发生。
312.如实施例308至311中任一项所述的方法，其中所述添加剂组分包括氯化钾、氯化铵、氢氧化铵以及氢氧化钠中的至少一个。
313.如实施例269至312中任一项所述的方法，其中将所述多个硅藻壳部分分散于所述分散溶剂中包括获得包括约1重量百分比至约5重量百分比的所述多个硅藻壳部分的分散液。
314.如实施例270至313中任一项所述的方法，其中去除所述有机污染物包括在漂白剂存在下加热所述多个硅藻壳部分。
315.如实施例314所述的方法，其中所述漂白剂包括过氧化氢及硝酸中的至少一个。
316.如实施例315所述的方法，其中加热包括在包括范围为约10体积百分比至约20体积百分比的量的过氧化氢的溶液中加热所述多个硅藻壳部分。
317.如实施例314至316中任一项所述的方法，其中加热包括加热所述多个硅藻壳部分约5分钟至约15分钟的持续时间。
318.如实施例270至317中任一项所述的方法，其中去除所述有机污染物包括将所述多个硅藻壳部分退火。
319.如实施例270至218中任一项所述的方法，其中去除所述无机污染物包括使所述多个硅藻壳部分与盐酸及硫酸中的至少一个组合。
320.如实施例319所述的方法，其中组合包括将所述多个硅藻壳部分混合于包括约15体积百分比至约25体积百分比的盐酸的溶液中。
321.如实施例320所述的方法，其中所述混合持续约20分钟至约40分钟。
322.一种在硅藻壳部分上形成银纳米结构的方法，所述方法包括：
在所述硅藻壳部分的表面上形成银晶种层；及
在所述晶种层上形成纳米结构。
323.如实施例322所述的方法，其中所述纳米结构包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
324.如实施例322或323所述的方法，其中所述纳米结构包括银。
325.如实施例322至324中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括将循环加热方案应用于第一银供给组分及所述硅藻壳部分。
326.如实施例325所述的方法，其中应用所述循环加热方案包括应用循环微波功率。
327.如实施例326所述的方法，其中应用所述循环微波功率包括使微波功率在约100瓦与500瓦之间交替。
328.如实施例327所述的方法，其中交替包括每分钟交替所述微波功率。
329.如实施例327或328所述的方法，其中交替包括交替所述微波功率持续约30分钟。
330.如实施例327或328所述的方法，其中交替包括交替所述微波功率持续约20分钟至约40分钟。
331.如实施例322至330中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括使所述硅藻壳部分与晶种层溶液组合。
332.如实施例331所述的方法，其中所述晶种层溶液包括所述第一银供给组分及晶种层还原剂。
333.如实施例332所述的方法，其中所述晶种层还原剂为晶种层溶剂。
334.如实施例333所述的方法，其中所述晶种层还原剂及所述晶种层溶剂包括聚乙二醇。
335.如实施例331所述的方法，其中所述晶种层溶液包括所述第一银供给组分、晶种层还原剂以及晶种层溶剂。
336.如实施例331至335中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层还包括使所述硅藻壳部分与所述晶种层溶液混合。
337.如实施例336所述的方法，其中混合包括超声波处理。
338.如实施例337所述的方法，其中所述晶种层还原剂包括N,N-二甲基甲酰胺，所述第一银供给组分包括硝酸银，且所述晶种层溶剂包括水及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一个。
339.如实施例322至338中任一项所述的方法，其中形成所述纳米结构包括使所述硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合。
340.如实施例339所述的方法，其中形成所述纳米结构还包括在使所述硅藻壳部分与所述纳米结构形成还原剂组合后，加热所述硅藻壳部分。
341.如实施例340所述的方法，其中加热包括加热至约120℃至约160℃的温度。
342.如实施例340或341所述的方法，其中形成所述纳米结构还包括使用包括纳米结构形成溶剂及第二银供给组分的滴定溶液滴定所述硅藻壳部分。
343.如实施例342所述的方法，其中形成所述纳米结构还包括在使用所述滴定溶液滴定所述硅藻壳部分后混合。
344.如实施例339至343中任一项所述的方法，其中所述晶种层还原剂及所述纳米结构形成还原剂中的至少一个包括肼、甲醛、葡萄糖、酒石酸钠、草酸、甲酸、抗坏血酸以及乙二醇中的至少一个。
345.如实施例342至344中任一项所述的方法，其中所述第一银供给组分及所述第二银供给组分中的至少一个包括银盐及氧化银中的至少一个。
346.如实施例345所述的方法，其中所述银盐包括硝酸银及氨硝酸银、氯化银(AgCl)、氰化银(AgCN)、四氟硼酸银、六氟磷酸银以及乙硫酸银中的至少一个。
347.如实施例322至346中任一项所述的方法，其中形成所述纳米结构是在减少氧化物形成的环境中。
348.如实施例347所述的方法，其中所述环境包括氩气氛围。
349.如实施例342至348中任一项所述的方法，其中所述晶种层溶剂及所述纳米结构形成溶剂中的至少一个包括丙二醇、水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、辛醇、1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇、四氢糠醇、环己醇、环戊醇、萜品醇、丁内酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、环己酮、环戊酮、环庚酮、环辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙酰丙酮、苯乙酮、环丙酮、异佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、乙酸甘油酯、羧酸酯、碳酸丙烯酯、甘油、二醇、三醇、四醇、五醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、乙二醇醚、乙二醇醚乙酸酯、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-戊二醇、己二醇、对薄荷烷-3,8-二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺、二甲亚砜、亚硫酰氯以及硫酰氯中的至少一个。
350.如实施例322至349中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分包括破碎的硅藻壳部分。
351.如实施例322至349中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分包括未破碎的硅藻壳部分。
352.如实施例322至351中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分是经由硅藻壳部分分离制程来获得。
353.如实施例352所述的方法，其中所述制程包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
354.一种在硅藻壳部分上形成氧化锌纳米结构的方法，所述方法包括：
在所述硅藻壳部分的表面上形成氧化锌晶种层；及
在所述氧化锌晶种层上形成纳米结构。
355.如实施例354所述的方法，其中所述纳米结构包括纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
356.如实施例354或355所述的方法，其中所述纳米结构包括氧化锌。
357.如实施例354至356中任一项所述的方法，其中形成所述氧化锌晶种层包括加热第一锌供给组分及所述硅藻壳部分。
358.如实施例357所述的方法，其中加热所述第一锌供给组分及所述硅藻壳部分包括加热至范围为约175℃至约225℃的温度。
359.如实施例354至358中任一项所述的方法，其中形成所述纳米结构包括在包括第二锌供给组分的纳米结构形成溶液存在下，将加热方案应用于具有所述氧化锌晶种层的所述硅藻壳部分。
360.如实施例359所述的方法，其中所述加热方案包括加热至纳米结构形成温度。
361.如实施例360所述的方法，其中所述纳米结构形成温度为约80℃至约100℃。
362.如实施例360或361所述的方法，其中所述加热持续约一小时至约三小时。
363.如实施例359至362中任一项所述的方法，其中所述加热方案包括应用循环加热程序。
364.如实施例363所述的方法，其中所述循环加热程序包括在总循环加热持续时间内，将微波加热应用于具有所述氧化锌晶种层的所述硅藻壳部分维持加热持续时间且随后关闭所述微波加热维持冷却持续时间。
365.如实施例364所述的方法，其中所述加热持续时间为约1分钟至约5分钟。
366.如实施例364或365所述的方法，其中所述冷却持续时间为约30秒至约5分钟。
367.如实施例364至366中任一项所述的方法，其中所述总循环加热持续时间为约5分钟至约20分钟。
368.如实施例364至367中任一项所述的方法，其中应用所述微波加热包括应用约480瓦至约520瓦的微波功率。
369.如实施例364至367中任一项所述的方法，其中应用所述微波加热包括应用约80瓦至约120瓦的微波功率。
370.如实施例359至369中任一项所述的方法，其中所述第一锌供给组分及所述第二锌供给组分中的至少一个包括乙酸锌、乙酸锌水合物、硝酸锌、硝酸锌六水合物、氯化锌、硫酸锌以及锌酸钠中的至少一个。
371.如实施例359至370中任一项所述的方法，其中所述纳米结构形成溶液包括碱。
372.如实施例371所述的方法，其中所述碱包括氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化四甲铵、氢氧化锂、六亚甲基四胺、氨溶液、碳酸钠以及乙二胺中的至少一个。
373.如实施例354至372中任一项所述的方法，其中形成所述纳米结构还包括添加添加剂组分。
374.如实施例373所述的方法，其中所述添加剂组分包括三丁胺、三乙胺、三乙醇胺、二异丙胺、磷酸铵、1,6-己二醇、三乙基二乙醇、异丙胺、环己胺、正丁胺、氯化铵、六亚甲基四胺、乙二醇、乙醇胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、溴化十六烷基三甲铵以及尿素中的至少一个。
375.如实施例359至374中任一项所述的方法，其中所述纳米结构形成溶液及氧化锌晶种层形成溶液中的至少一个包括溶剂，所述溶剂包括丙二醇、水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、辛醇、1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇、四氢糠醇、环己醇、环戊醇、萜品醇、丁内酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、环己酮、环戊酮、环庚酮、环辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙酰丙酮、苯乙酮、环丙酮、异佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、乙酸甘油酯、羧酸酯、碳酸丙烯酯、甘油、二醇、三醇、四醇、五醇、乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、乙二醇醚、乙二醇醚乙酸酯、1,4-丁二醇、1,2-丁二醇、2,3-丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,8-辛二醇、1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-戊二醇、己二醇、对薄荷烷-3,8-二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、四甲基脲、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺、二甲亚砜、亚硫酰氯以及硫酰氯中的至少一个。
376.如实施例354至375中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分包括破碎的硅藻壳部分。
377.如实施例354至375中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分包括未破碎的硅藻壳部分。
378.如实施例354至375中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分是经由硅藻壳部分分离制程来获得。
379.如实施例378所述的方法，其中所述制程包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
380.一种在硅藻壳部分上形成碳纳米结构的方法，所述方法包括：
在所述硅藻壳部分的表面上形成金属晶种层；及
在所述晶种层上形成碳纳米结构。
381.如实施例380所述的方法，其中所述碳纳米结构包括碳纳米管。
382.如实施例381所述的方法，其中所述碳纳米管包括单壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的至少一个。
383.如实施例380至382中任一项所述的方法，其中形成所述金属晶种层包括喷涂所述硅藻壳部分的表面。
384.如实施例380至383中任一项所述的方法，其中形成所述金属晶种层包括将所述硅藻壳部分的表面引入包括所述金属的液体、包括所述金属的气体以及包括金属的固体中的至少一个中。
385.如实施例380至384中任一项所述的方法，其中形成所述碳纳米结构包括使用化学气相沉积。
386.如实施例380至385中任一项所述的方法，其中形成所述碳纳米结构包括在将所述硅藻壳部分暴露于纳米结构形成碳气体后，将所述硅藻壳部分暴露于纳米结构形成还原气体。
387.如实施例380至385中任一项所述的方法，其中形成所述碳纳米结构包括在将所述硅藻壳部分暴露于纳米结构形成碳气体之前，将所述硅藻壳部分暴露于纳米结构形成还原气体。
388.如实施例380至385中任一项所述的方法，其中形成所述碳纳米结构包括将所述硅藻壳部分暴露于包括纳米结构形成还原气体及纳米结构形成碳气体的纳米结构形成气体混合物。
389.如实施例388所述的方法，其中所述纳米结构形成气体混合物还包括中性气体。
390.如实施例389所述的方法，其中所述中性气体包括氩气。
391.如实施例380至390中任一项所述的方法，其中所述金属包括镍、铁、钴、钴-钼双金属、铜、金、银、铂、钯、锰、铝、镁、铬、锑、铝-铁-钼、五羰基铁、硝酸铁(III)六水合物、氯化钴(II)六水合物、钼酸铵四水合物、二氯二氧化钼(VI)以及氧化铝纳米粉末中的至少一个。
392.如实施例286至391中任一项所述的方法，其中所述纳米结构形成还原气体包括氨气、氮气以及氢气中的至少一个。
393.如实施例286至392中任一项所述的方法，其中所述纳米结构形成碳气体包括乙炔、乙烯、乙醇、甲烷、碳氧化物以及苯中的至少一个。
394.如实施例380至393中任一项所述的方法，其中形成所述金属晶种层包括形成银晶种层。
395.如实施例394所述的方法，其中形成所述银晶种层包括在所述硅藻壳部分的表面上形成银纳米结构。
396.如实施例380至395中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分包括破碎的硅藻壳部分。
397.如实施例380至395中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分包括未破碎的硅藻壳部分。
398.如实施例380至397中任一项所述的方法，其中所述硅藻壳部分是经由硅藻壳部分分离制程来获得。
399.如实施例398所述的方法，其中所述制程包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
400.一种制造银墨水的方法，所述方法包括：
组合紫外光敏感组分及多个硅藻壳部分，在所述多个硅藻壳部分的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
401.如实施例400所述的方法，还包括在所述多个硅藻壳部分的表面上形成银晶种层。
402.如实施例400或401所述的方法，还包括在所述晶种层上形成所述银纳米结构。
403.如实施例400至402中任一项所述的方法，其中所述多个硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
404.如实施例400至403中任一项所述的方法，其中所述多个硅藻壳部分包括多个硅藻壳片。
405.如实施例400至404中任一项所述的方法，其中所述银墨水在固化后可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中。
406.如实施例400至405中任一项所述的方法，其中所述多个穿孔中的至少一个包括约250纳米至约350纳米的直径。
407.如实施例400至406中任一项所述的方法，其中所述银纳米结构包括约10纳米至约500纳米的厚度。
408.如实施例400至407中任一项所述的方法，其中所述银墨水包括在约50重量百分比至约80重量百分比的范围内的量的硅藻壳。
409.如实施例401至408中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括在所述多个穿孔内的表面上形成所述银晶种层，以形成多个镀银晶种的穿孔。
410.如实施例401至409中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括在所述多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成所述银晶种层。
411.如实施例402至410中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构包括在所述多个穿孔内的表面上形成所述银纳米结构，以形成多个镀银纳米结构的穿孔。
412.如实施例402至411中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构包括在所述多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成所述银纳米结构。
413.如实施例400至412中任一项所述的方法，其中所述紫外光敏感组分对波长比所述多个穿孔的尺寸短的光辐射敏感。
414.如实施例411至413中任一项所述的方法，其中所述紫外光敏感组分对波长比所述多个镀银晶种的穿孔及所述多个镀银纳米结构的穿孔中的至少一个的尺寸短的光辐射敏感。
415.如实施例400至414中任一项所述的方法，其中使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合包括使所述多个硅藻壳部分与光引发剂组合。
416.如实施例415所述的方法，其中所述光引发剂包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯以及丙烯酸胺中的至少一个。
417.如实施例400至416中任一项所述的方法，其中使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合包括使所述多个硅藻壳部分与光引发剂组合。
418.如实施例417所述的方法，其中所述光引发剂包括2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基-1-丙酮及异丙基硫杂蒽酮中的至少一个。
419.如实施例400至418中任一项所述的方法，其中使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合包括使所述多个硅藻壳部分与极性乙烯单体组合。
420.如实施例419所述的方法，其中所述极性乙烯单体包括N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己内酰胺中的至少一个。
421.如实施例400至420中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与流变改质剂组合。
422.如实施例400至421中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与交联剂组合。
423.如实施例400至422中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与流动及调平剂组合。
424.如实施例400至423中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与粘合增强剂、湿润剂以及降粘剂中的至少一个组合。
425.如实施例400至424中任一项所述的方法，其中所述银纳米结构包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
426.如实施例401至425中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括将循环加热方案应用于第一银供给组分及所述多个硅藻壳部分。
427.如实施例401至426中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括使所述硅藻壳部分与晶种层溶液组合。
428.如实施例427所述的方法，其中所述晶种层溶液包括所述第一银供给组分及晶种层还原剂。
429.如实施例402至428中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构包括使所述硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合。
430.如实施例429所述的方法，其中形成所述银纳米结构还包括在使所述硅藻壳部分与所述纳米结构形成还原剂组合后，加热所述硅藻壳部分。
431.如实施例402至430中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构还包括使用包括纳米结构形成溶剂及第二银供给组分的滴定溶液滴定所述硅藻壳部分。
432.如实施例400至431中任一项所述的方法，其中所述多个硅藻壳部分是经由硅藻壳部分分离制程来获得。
433.如实施例432所述的方法，其中所述制程包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
434.一种导电银墨水，包括：
紫外光敏感组分；及
多个硅藻壳部分，在所述多个硅藻壳部分的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
435.如实施例434所述的导电银墨水，其中所述多个硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
436.如实施例434或435所述的导电银墨水，其中所述多个硅藻壳部分包括多个硅藻壳片。
437.如实施例434至436中任一项所述的导电银墨水，其中所述银墨水在固化后可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中。
438.如实施例434至437中任一项所述的导电银墨水，其中所述多个穿孔中的至少一个包括约250纳米至约350纳米的直径。
439.如实施例434至438中任一项所述的导电银墨水，其中所述银纳米结构包括约10纳米至约500纳米的厚度。
440.如实施例434至439中任一项所述的导电银墨水，其中所述银墨水包括在约50重量百分比至约80重量百分比的范围内的量的硅藻壳。
441.如实施例434至440中任一项所述的导电银墨水，其中所述多个穿孔中的至少一个包括具有银纳米结构的表面。
442.如实施例434至441中任一项所述的导电银墨水，其中所述多个穿孔中的至少一个包括具有银晶种层的表面。
443.如实施例434至442中任一项所述的导电银墨水，其中所述多个硅藻壳部分的实质上所有表面包括银纳米结构。
444.如实施例434至443中任一项所述的导电银墨水，其中所述紫外光敏感组分对波长比所述多个穿孔的尺寸短的光辐射敏感。
445.如实施例434至444中任一项所述的导电银墨水，其中所述导电银墨水可通过紫外辐射固化。
446.如实施例445所述的导电银墨水，其中所述银墨水为可固化的，在固化后可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中。
447.如实施例445或446所述的导电银墨水，其中所述多个穿孔具有经组态以允许所述紫外辐射通过所述多个硅藻壳部分的尺寸。
448.如实施例434至447中任一项所述的导电银墨水，其中所述导电银墨水可热固化。
449.如实施例434至448中任一项所述的导电银墨水，其中所述紫外光敏感组分包括光引发剂。
450.如实施例449所述的导电银墨水，其中所述光引发剂包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯以及丙烯酸胺中的至少一个。
451.如实施例434至450中任一项所述的导电银墨水，其中所述紫外光敏感组分包括光引发剂。
452.如实施例451所述的导电银墨水，其中所述光引发剂包括2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基-1-丙酮及异丙基硫杂蒽酮中的至少一个。
453.如实施例434至452中任一项所述的导电银墨水，其中所述紫外光敏感组分包括极性乙烯单体。
454.如实施例453所述的导电银墨水，其中所述极性乙烯单体包括N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己内酰胺中的至少一个。
455.如实施例434至454中任一项所述的导电银墨水，还包括流变改质剂、交联剂、流动及调平剂、粘合增强剂、湿润剂以及降粘剂中的至少一个。
456.如实施例434至455中任一项所述的导电银墨水，其中所述银纳米结构包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
457.一种制造银膜的方法，所述方法包括：
固化包括紫外光敏感组分及多个硅藻壳部分的混合物，在所述多个硅藻壳部分的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
458.如实施例457所述的方法，还包括在所述多个硅藻壳部分的表面上形成银晶种层。
459.如实施例457或458所述的方法，还包括在所述晶种层上形成所述银纳米结构。
460.如实施例457至459中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合以形成银墨水。
461.如实施例457至460中任一项所述的方法，其中所述多个硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
462.如实施例457至461中任一项所述的方法，其中所述多个硅藻壳部分包括多个硅藻壳片。
463.如实施例460至462中任一项所述的方法，其中所述银墨水在固化后可沉积于具有约5微米至约15微米厚度的层中。
464.如实施例457至463中任一项所述的方法，其中所述多个穿孔中的至少一个包括约250纳米至约350纳米的直径。
465.如实施例457至464中任一项所述的方法，其中所述银纳米结构包括约10纳米至约500纳米的厚度。
466.如实施例460至465中任一项所述的方法，其中所述银墨水包括在约50重量百分比至约80重量百分比的范围内的量的硅藻壳。
467.如实施例458至466中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括在所述多个穿孔内的表面上形成所述银晶种层，以形成多个镀银晶种的穿孔。
468.如实施例458至467中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括在所述多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成所述银晶种层。
469.如实施例459至468中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构包括在所述多个穿孔内的表面上形成所述银纳米结构，以形成多个镀银纳米结构的穿孔。
470.如实施例459至469中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构包括在所述多个硅藻壳部分的实质上所有表面上形成所述银纳米结构。
471.如实施例457至470中任一项所述的方法，其中固化所述混合物包括将所述混合物曝露于波长比所述多个穿孔的尺寸短的紫外光。
472.如实施例469至471中任一项所述的方法，其中固化所述混合物包括将所述混合物曝露于波长比所述多个镀银晶种的穿孔及所述多个镀银纳米结构的穿孔中的至少一个的尺寸短的紫外光。
473.如实施例457至472中任一项所述的方法，其中固化所述混合物包括热固化所述混合物。
474.如实施例457至473中任一项所述的方法，其中所述紫外光敏感组分对波长比所述多个穿孔的尺寸短的光辐射敏感。
475.如实施例469至474中任一项所述的方法，其中所述紫外光敏感组分对波长比所述多个镀银晶种的穿孔及所述多个镀银纳米结构的穿孔中的至少一个的尺寸短的光辐射敏感。
476.如实施例460至475中任一项所述的方法，其中使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合包括使所述多个硅藻壳部分与光引发剂组合。
477.如实施例476所述的方法，其中所述光引发剂包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三聚氰酸三烯丙酯以及丙烯酸胺中的至少一个。
478.如实施例460至477中任一项所述的方法，其中使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合包括使所述多个硅藻壳部分与光引发剂组合。
479.如实施例478所述的方法，其中所述光引发剂包括2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-吗啉基-1-丙酮及异丙基硫杂蒽酮中的至少一个。
480.如实施例460至479中任一项所述的方法，其中使所述多个硅藻壳部分与所述紫外光敏感组分组合包括使所述多个硅藻壳部分与极性乙烯单体组合。
481.如实施例480所述的方法，其中所述极性乙烯单体包括N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己内酰胺中的至少一个。
482.如实施例457至481中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与流变改质剂组合。
483.如实施例457至482中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与交联剂组合。
484.如实施例457至483中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与流动及调平剂组合。
485.如实施例457至484中任一项所述的方法，还包括使所述多个硅藻壳部分与粘合增强剂、湿润剂以及降粘剂中的至少一个组合。
486.如实施例457至485中任一项所述的方法，其中所述银纳米结构包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
487.如实施例458至486中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括将循环加热方案应用于第一银供给组分及所述多个硅藻壳部分。
488.如实施例458至487中任一项所述的方法，其中形成所述银晶种层包括使所述硅藻壳部分与晶种层溶液组合。
489.如实施例488所述的方法，其中所述晶种层溶液包括所述第一银供给组分及晶种层还原剂。
490.如实施例459至489中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构包括使所述硅藻壳部分与纳米结构形成还原剂组合。
491.如实施例490所述的方法，其中形成所述银纳米结构还包括在使所述硅藻壳部分与所述纳米结构形成还原剂组合后，加热所述硅藻壳部分。
492.如实施例459至491中任一项所述的方法，其中形成所述银纳米结构还包括使用包括纳米结构形成溶剂及第二银供给组分的滴定溶液滴定所述硅藻壳部分。
493.如实施例457至492中任一项所述的方法，其中所述多个硅藻壳部分是经由硅藻壳部分分离制程来获得。
494.如实施例493所述的方法，其中所述制程包括使用表面活性剂减少多个硅藻壳部分的聚结及使用盘式堆叠离心机中的至少一个。
495.一种导电银薄膜，包括：
多个硅藻壳部分，在所述多个硅藻壳部分的每一个的表面上具有银纳米结构，所述表面包括多个穿孔。
496.如实施例495所述的导电银薄膜，其中所述多个硅藻壳部分包括多个破碎的硅藻壳部分。
497.如实施例495或496所述的导电银薄膜，其中所述多个硅藻壳部分包括多个硅藻壳片。
498.如实施例495至497中任一项所述的导电银薄膜，其中所述多个穿孔中的至少一个包括约250纳米至约350纳米的直径。
499.如实施例495至498中任一项所述的导电银薄膜，其中所述银纳米结构包括约10纳米至约500纳米的厚度。
500.如实施例495至499中任一项所述的导电银薄膜，其中所述多个穿孔中的至少一个包括具有银纳米结构的表面。
501.如实施例495至500中任一项所述的导电银薄膜，其中所述多个穿孔中的至少一个包括具有银晶种层的表面。
502.如实施例495至501中任一项所述的导电银薄膜，其中所述多个硅藻壳部分的实质上所有表面包括银纳米结构。
503.如实施例495至502中任一项所述的导电银薄膜，其中所述银纳米结构包括涂层、纳米线、纳米板、纳米粒子的致密阵列、纳米带以及纳米盘中的至少一个。
504.如实施例495至503中任一项所述的导电银薄膜，还包括粘合剂树脂。
505.一种印刷能量储存装置，包括：
第一电极；
第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间的隔离层，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包含多个包括含锰纳米结构的硅藻壳。
506.如实施例505所述的装置，其中所述硅藻壳具有实质上均一的性质，所述实质上均一的性质包含硅藻壳形状、硅藻壳尺寸、硅藻壳孔隙率、硅藻壳机械强度、硅藻壳材料和硅藻壳破碎程度中的至少一个。
507.如实施例505或506所述的装置，其中所述含锰纳米结构包括锰的氧化物。
508.如实施例507所述的装置，其中所述锰的氧化物包括氧化锰(II,III)。
509.如实施例507或508所述的装置，其中所述锰的氧化物包括氧氢氧化锰。
510.如实施例505至509中任一项所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括包括氧化锌纳米结构的硅藻壳。
511.如实施例510所述的装置，其中所述氧化锌纳米结构包括纳米线和纳米板中的至少一个。
512.如实施例505至511中任一项所述的装置，其中所述含锰纳米结构覆盖所述硅藻壳的实质上所有表面。
513.一种能量储存装置的膜，所述膜包括包括含锰纳米结构的硅藻壳。
514.如实施例513所述的膜，其中所述含锰纳米结构包括锰的氧化物。
515.如实施例514所述的膜，其中所述锰的氧化物包括氧化锰(II,III)。
516.如实施例514或515所述的膜，其中所述锰的氧化物包括氧氢氧化锰。
517.如实施例513至516中任一项所述的膜，其中至少一些所述含锰纳米结构包括纳米纤维。
518.如实施例513至517中任一项所述的膜，其中至少一些所述含锰纳米结构具有四面体形状。
519.如实施例513至518中任一项所述的膜，其中所述能量储存装置包括锌-锰电池。
520.一种用于印刷薄膜的墨水，所述墨水包括：
溶液；以及
分散于所述溶液中的包括含锰纳米结构的硅藻壳。
521.如实施例520所述的墨水，其中所述含锰纳米结构包括锰的氧化物。
522.如实施例520或521所述的墨水，其中所述含锰纳米结构包括MnO2、MnO、Mn2O3、MnOOH和Mn3O4中的至少一个。
523.如实施例520至522中任一项所述的墨水，其中至少一些所述含锰纳米结构包括纳米纤维。
524.如实施例520至523中任一项所述的墨水，其中至少一些所述含锰纳米结构具有四面体形状。
525.一种在硅藻壳部分上形成含锰纳米结构的方法，所述方法包括：
添加所述硅藻壳到氧化的乙酸锰溶液中；以及
加热所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液。
526.如实施例525所述的方法，更包括形成所述氧化的乙酸锰溶液，其中形成氧化的乙酸锰溶液包括在氧化的水中溶解乙酸锰(II)。
527.如实施例526所述的方法，其中所述氧化的乙酸锰溶液中的所述乙酸锰(II)的浓度在约0.05M与约1.2M之间。
528.如实施例525至527中任一项所述的方法，更包括形成所述氧化的乙酸锰溶液，其中形成氧化的乙酸锰溶液包括在氧化的水中溶解锰盐。
529.如实施例528所述的方法，更包括添加氧化剂到氧化的乙酸锰溶液中。
530.如实施例529所述的方法，其中所述氧化剂包括过氧化物。
531.如实施例526至530中任一项所述的方法，更包括形成所述氧化的水，其中形成氧化的水包括将氧气鼓泡到水中。
532.如实施例531所述的方法，其中将所述氧气鼓泡到所述水中持续约10分钟到约60分钟的持续时间。
533.如实施例525至532中任一项所述的方法，其中所述氧化的乙酸锰溶液中的所述硅藻壳的重量百分比在约0.01重量％与约1重量％之间。
534.如实施例525至533中任一项所述的方法，更包括热处理所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液。
535.如实施例534所述的方法，其中热处理所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液包括使用热技术。
536.如实施例535所述的方法，其中使用所述热技术包括持续在约15小时与约40小时之间将所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液维持在一定温度下。
537.如实施例536所述的方法，其中所述温度在约50℃与约90℃之间。
538.如实施例535所述的方法，其中使用所述热技术包括将所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液维持在约50℃与约90℃之间的温度下。
539.如实施例534至538中任一项所述的方法，其中热处理所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液包括使用微波技术。
540.如实施例539所述的方法，其中使用所述热技术包括持续在约10分钟与约120分钟之间将所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液维持在一定温度下。
541.如实施例540所述的方法，其中所述温度在约50℃与约150℃之间。
542.如实施例539所述的方法，其中使用所述热技术包括将所述硅藻壳和所述氧化的乙酸锰溶液维持在约50℃与约150℃之间的温度下。
543.如实施例525至542中任一项所述的方法，其中含碳纳米结构覆盖所述硅藻壳的一些表面。
544.如实施例543所述的方法，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米管。
545.如实施例543或544所述的方法，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米-洋葱。
546.如实施例543至545中任一项所述的方法，其中所述含碳纳米结构包括还原的氧化石墨烯。
547.如实施例505至512中任一项所述的装置，其中所述含锰纳米结构覆盖所述硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖所述硅藻壳的其它表面，所述含锰纳米结构与所述含碳纳米结构相穿插。
548.如实施例547所述的装置，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米管。
549.如实施例547或548所述的装置，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米-洋葱。
550.如实施例547至549中任一项所述的装置，其中所述含碳纳米结构包括还原的氧化石墨烯。
551.如实施例513至519中任一项所述的膜，其中所述含锰纳米结构覆盖所述硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖所述硅藻壳的其它表面，所述含锰纳米结构与所述含碳纳米结构相穿插。
552.如实施例551所述的膜，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米管。
553.如实施例551或552所述的膜，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米-洋葱。
554.如实施例551至554中任一项所述的膜，其中所述含碳纳米结构包括还原的氧化石墨烯。
555.如实施例520至524中任一项所述的墨水，其中所述含锰纳米结构覆盖所述硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖所述硅藻壳的其它表面，所述含锰纳米结构与所述含碳纳米结构相穿插。
556.如实施例555所述的墨水，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米管。
557.如实施例555或556所述的墨水，其中所述含碳纳米结构包括碳纳米-洋葱。
558.如实施例555至557中任一项所述的墨水，其中所述含碳纳米结构包括还原的氧化石墨烯。
虽然已在某些实施例及实例的情形中揭示本发明，但本领域技术人员应了解，本发明扩展超出特定所揭示的实施例而涵盖其它替代实施例和/或本发明的用途以及其明显改变及等效物。此外，虽然已展示且详细描述本发明的实施例的若干变化，但本领域技术人员基于本揭示内容应易于明了属于本发明的范围内的其它改变。亦考量了可进行实施例的特定特征及方面的不同组合或子组合，且其仍属于本发明的范围内。应了解，所揭示的实施例的不同特征及方面可彼此组合或相互替代，以便形成所揭示的本发明的实施例的不同模式。本文揭示的任何方法不必以所述次序进行。因此，意图本文中所揭示的本发明的范围不应由上述的特定实施例限制。
本文揭示的方法包含由从业者采取的某些行动；但是，其也可以包含那些行动的任何明确或通过暗示的第三方指示。举例来说，诸如“添加硅藻壳到氧化的乙酸锰溶液中”的行动包含“指示添加硅藻壳到氧化的乙酸锰溶液中”。
本文揭示的范围也包涵任何和所有重叠、子范围和其组合。诸如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”、“在……之间”等的语言包含所述的数目。前面是诸如“约”或“大致”的术语的数目包含所述数目。举例来说，“约3mm”包含“3mm”。
本文中所提供的标题(若存在)仅为方便起见，且不一定影响本文中所揭示的装置和方法的范围或含义。

Claims (19)

1.一种印刷电池装置，包括：
第一电极；
第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间的隔离层，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括含有含锰纳米结构的多个硅藻壳，其中所述含锰纳米结构包括锰的氧化物，其中所述锰的氧化物包括氧化锰(II,III)和氧氢氧化锰中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的印刷电池装置，其包括锌-锰电池。
3.根据权利要求1所述的印刷电池装置，其中所述含锰纳米结构是非导电的。
4.根据权利要求1所述的印刷电池装置，其中所述含锰纳米结构包括氧化锰(II,III)，且其中至少一些所述含锰纳米结构包括四面体形状。
5.根据权利要求1所述的印刷电池装置，其中至少一些所述含锰纳米结构包括纳米纤维。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的印刷电池装置，其中所述含锰纳米结构处于多个所述硅藻壳的外表面及内表面两者上。
7.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述含锰纳米结构覆盖所述硅藻壳的一些表面且含碳纳米结构覆盖所述硅藻壳的其它表面，所述含锰纳米结构与所述含碳纳米结构相穿插。
8.根据权利要求7所述的印刷电池装置，其中所述含碳纳米结构包括还原的氧化石墨烯。
9.根据权利要求7所述的印刷电池装置，其中所述含碳纳米结构包括石墨烯、碳纳米管、碳纳米-洋葱中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的印刷电池装置，其中所述含碳纳米结构包括单壁碳纳米管。
11.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述含锰纳米结构覆盖多个所述硅藻壳的所有表面。
12.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其包括锌-锰电池，其中所述第一电极包括含有所述含锰纳米结构的多个第一硅藻壳，所述含锰纳米结构包括四面体形状及细长纤维状形状中的至少一个，所述第二电极包括含有氧化锌纳米结构的多个第二硅藻壳。
13.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其包括锌-锰电池，其中所述第一电极包括含有所述含锰纳米结构的多个第一硅藻壳，所述第二电极包括含有氧化锌纳米结构的多个第二硅藻壳，所述隔离层包含多个第三硅藻壳。
14.根据权利要求6所述的印刷电池装置，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括含有氧化锌纳米结构的硅藻壳。
15.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述氧化锌纳米结构包括纳米线和纳米板中的至少一个。
16.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述氧化锌纳米结构包括纳米粒子的致密阵列，纳米带以及纳米盘中的至少一个。
17.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述氧化锌纳米结构覆盖多个所述硅藻壳的所有表面。
18.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述硅藻壳具有均一的性质，所述均一的性质包含硅藻壳形状、硅藻壳尺寸、硅藻壳孔隙率、硅藻壳机械强度、硅藻壳材料以及硅藻壳破碎程度中的至少一个。
19.根据权利要求6所述的印刷电池装置，其中所述硅藻壳包括未破碎的硅藻壳。
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