JP2008504979A - ナノ粒子注入 - Google Patents

Abstract

ナノ粒子の注入のためのマイクロ機械加工ビーズ破砕機械を用い、別の材料の表面上にナノサイズの材料のコーティングを形成するための方法が開示される。この方法は、広範な範囲のキャリアビーズサイズおよび材料を用い、またはキャリアビーズなくして、広範な範囲の標的材料、（カーボン−ナノチューブ、ＣＮＴのような）ナノ粒子、および環境条件とともに実施され得る。請求項に記載の注入方法は、電界放出デバイスにおける使用のための表面活性化ＣＮＴ−カソードを製作するために用いられ得る。この注入方法はまた、互いとの衝撃の点の近傍に存在する任意の材料を化学的に反応するために用いられ得る。

Description

本発明は、一般に、材料コーティングに、そして詳細には、別の材料の表面にナノサイズの材料のコーティングを形成することに関する。

（背景情報）
別の材料の表面にナノサイズの材料のコーティングを形成するために多くのコーティング適用で重大な必要性が存在している。１つの例では、磁気記録は、より高い密度の磁気記録を達成するために、磁気ドメインの粒子サイズがナノメートルの次元である磁気材料のコーティングを必要とする。１つの例では、触媒は、化学反応速度を増加するためにより大きな表面積を達成するため、および触媒材料のコストを減少するためにナノサイズの粒子のコーティングを必要とする。１つの例では、ナノサイズの粒子の光学的コーティングは光学的に透明である。なぜなら、可視範囲にある光は、これら粒子から非常に弱く散乱するからである。これらの光学的コーティングは、この光学的表面の引っ掻き抵抗性および腐食抵抗性、ならびにその他のパラメーターを改善するために用いられ得、そして光学的透明性をなお維持する。１つの例では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）エミッターを用いるカソードは、２〜３ナノメートルの直径を有するカーボンナノチューブのコーティングを必要とする。これらＣＮＴは基板に強固に結合され、それらが取り外されること、およびこれらＣＮＴを電子供給源として用いるディスプレイのようなデバイスにおける電気的短絡またはその他の問題生じることを防ぐ。ＣＮＴを含む印刷ペーストは、この必要性に対する解決法であるが、必要であるより多くのＣＮＴを必要とし；このペーストコンポジット中のＣＮＴ材料の多くは、ペースト中に埋められ、そして放出表面で利用可能ではない。しばしば、これらのペーストコンポジットは、電界放出のための材料を活性化するための堆積後プロセスを必要とする。このプロセスのための必要性をなくすることは有利であり得る。

これらコーティングのための必要性は、大きなセットの材料および適用にまたがるので、多くの異なる材料と適合する技法を用いてこれらコーティングを作製する必要性がある。

本発明は、前述の必要性を、ナノ粒子を宿主材料の表面上に、これらナノ粒子をこの宿主材料の表面中に注入する（ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇ）ことによりコーティングするための方法および装置を提供することによって取り扱う。これらナノ粒子は、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内のサイズの寸法を有する任意の材料であり得、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）およびカーボンフラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０）を含む。上記宿主材料もまた、広範な範囲の材料由来であり得、絶縁体、半導体、および導体を含む。この宿主材料は、化合物、ガラス、合金、ポリマー、これら材料のいずれかの混合物であり得るか、または単一元素からなり得る。

注入の方法は、これらナノ粒子を上記宿主材料の表面中に包埋するために高度に正確なマイクロマシンビーズ破砕（ｂｅａｄ−ｂｌａｓｔｅｒ）を利用する。これらナノ粒子は、宿主表面上への次の注入のためにキャリアビーズと予備混合され得る。本発明の方法はまた、上記ナノ粒子をビーズまたはその他の大きな粒子の表面上にコーティングするために用いられ得る。注入のこの方法は、上記ナノ粒子の宿主材料との化学的結合を生じ得る。

先行する記載は、以下の本発明の詳細な説明がより良好に理解され得るために、本発明の特徴および技術的利点をむしろ広範に概説している。本発明の請求項の主題を形成する、本発明のさらなる特徴および利点は、本明細書で以下に説明される。

本発明およびその利点のより完全な理解のために、添付の図面と組合せて考慮される以下の説明への参照がここでなされる。

（詳細な説明）
以下の説明では、特定の基質材料のような多くの特定の詳細が、本発明の完全な理解を提供するために提示される。しかし、本発明がこのような特定の詳細なくして実施され得ることは当業者に明らかである。その他の例では、周知の回路が、本発明を不必要な詳細であいまいにしないためにブロック図で示されている。大部分のパーツについて、タイミング考慮などに関する詳細は、このような詳細は本発明の完全な理解を得るために必ずしも必要でないために省略されており、そして当該技術分野の当業者の職務能力の範囲内である。

ここで図面を参照して、ここで、描写された構成要素は必ずしもスケール通りではなく、そして同様または類似の構成要素は、いくつかの図面を通じて同じ参照番号によって指定される。

本発明は、宿主材料の表面に、ナノ粒子を、これらナノ粒子をこの宿主材料の表面中に注入することによってコーティングするための方法および装置を提供する。これらナノ粒子は、０．１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあるサイズの寸法を有する任意の材料であり得る。例えば、ナノ粒子は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）またはその他の絶縁体、半導体または金属材料を含む導体材料の粒子であり得る。このナノ粒子材料は、化合物、合金、ポリマー、もしくはすべてのこれら材料の混合物であり得るか、またはカーボンのような単一元素から構成され得る。カーボン−ナノチューブ（ＣＮＴ）はまた、材料のこのリスト中に含められる。なぜなら、これらナノチューブの直径は、単一壁ナノチューブ（ＳＷＮＴ）についての１ｎｍから、いくつかの厚い複数壁ナノチューブ（ＭＷＮＴ）のついての１００ｎｍ程度大きいまでの大きさであるからである。Ｃ６０またはＣ７０のようなカーボンフラーレンもまた、ナノ粒子のこのリスト上に含まれ得る。

上記宿主材料もまた、広範な範囲の材料由来であり得、絶縁体、半導体、および導体を含む。この宿主材料は、化合物、ガラス、合金、ポリマー、もしくはすべてのこれら材料の混合物であり得るか、またはカーボンのような単一元素から構成され得る。

注入の方法は、高い正確度のマイクロマシン破砕（Ａｌｐｓ ＢＳＰ−２０）を利用し、上記ナノ粒子を宿主材料の表面中に包埋する。これらナノ粒子は、上記宿主の表面上への次の注入のためにキャリアビーズと予備混合され得る。本発明の方法はまた、上記ナノ粒子をビーズまたはその他のより大きな粒子の表面上にコーティングするために用いられ得る。注入のこの方法は、上記ナノ粒子の宿主材料との化学的結合を生じ得る。

本発明の１つの実施形態２００では、ＳＷＮＴ（単一壁ＣＮＴ）は、標準的なビーズ破砕機械を用いて可撓性の伝導性ペースト材料中に注入される。この伝導性ペースト層１１０は、以下の成分を混合することにより調製された：アモルファスカーボン粉末、フリットビヒクル（ｆｒｉｔ ｖｅｈｉｃｌｅ）およびガラスフリット（ｇｌａｓｓ ｆｒｉｔ）。このペーストを作製するレシピは以下のように与えられる：カーボン粉末、５〜２５％；ビヒクル、５０〜９０％；およびガラスフリット、５〜２５％。広範な範囲のＣＮＴペーストが可能である。ビヒクル物質は、ペースト中の粉末のためのキャリアとして作用し、そして揮発性（溶媒）および非揮発性（ポリマー）有機物質の両方を含む。シンナー（Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ、Ｄｕｐｏｎｔ ８２５０）が添加されてペーストの粘度を調節する。この混合物は、最初、粉砕され、そして乳鉢と乳棒で混合され、そして次いで、機械的撹拌器に移され、この混合物を３時間撹拌する。次いで、この混合物を３−ロールミルに移し、ペーストをさらに均一にする。ＣＮＴペーストを作製することに関し、当業者によって用いられる多くの改変例がある。

上記ペーストは、ガラス基質１３０上に、ガラス上のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）１２０の伝導層とともにプリントされた。ＩＴＯは、光学的に透明な電極物質として当該技術分野では一般的である。このＩＴＯ層１２０は、必ずしも必要または重要ではない。標準的なスクリーンプリンティング技法を、３５５−メッシュスクリーンを用いて、ＩＴＯ−被覆ガラス基質上にプリントするために用いた。プリントの後、注入前にオーブン乾燥または硬化ステップは必要ではない。注入は、ペーストを柔軟に維持するためにプリンティングの４時間以内に終了した。本発明は、異なるペーストおよびプロセスレシピを用いて実施され得る。

図１は、ＣＮＴ注入のために用いられたこのプロセスに従って調製された伝導性ペースト層１１０を含むサンプル１００の形態を示す。このサンプル１００は、ＣＮＴでのコーティングのための注入標的として用いられ、そしてガラス基質（基板）１３０、ＩＴＯ層１２０、および実際の宿主物質であるプリントされた伝導性ペースト層１１０を含んだ。

ＣＮＴ注入材料は、Ｉｌｊｉｎ Ｎａｎｏｔｅｃｈ Ｃｏ．、Ｋｏｒｅａからの単一壁ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）２３０材料の１〜３ｇを、３０ミクロン直径のガラスビーズの２０００グラムと混合すること、および４時間乾燥形態でボールミル中で処理することにより調製された。その他の単一壁、二重壁、または複数壁材料もまた用いられ得る。この場合、ガラスビーズは、キャリア材料として用いられ、ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）を基質まで輸送した。これらビーズはまた、注入プロセスにおいて役割を演じる。その他の直径のガラスビーズもまた用いられ得、代表的には、１ミクロン〜１００ミクロンの範囲である。直径１０〜３０ミクロンのキャリアビーズが、ＣＮＴ注入材料を輸送することで非常に有効であることが見出された。

キャリア粒子の材料は、ガラスである必要はなく、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、プラスチックもしくはポリマー、またはその他の伝導性粒子、半導体粒子または絶縁性粒子であり得る。これらキャリア粒子はまた、氷（凍結した水）もしくはドライアイス（凍結した二酸化炭素の粒子）または注入プロセス後すぐに蒸発または融解し得るその他の材料から作製され得る。

ＣＮＴ（ＳＷＮＴ）およびガラスビーズの乾燥混合物が処理された後、混合物は、Ａｌｐｓ Ｍｉｃｒｏ Ｂｌａｓｔ ＢＳＰ−２０機械中に装填された。その他の砂−破砕またはビーズ−破砕装置もまた、本発明を実施するために用いられ得る。４つのＩＴＯ−ガラスサンプル（Ｍ−１、Ｍ−２、Ｍ−３、Ｍ−４）が、プリントされたアモルファスカーボン粉末ペーストとともに３×３ｃｍ^２面積に調製された。１つはコントロールのためであった；その他は、表１（以下に示される）中に列挙された種々の条件でＣＮＴが混合されたガラスビーズによって破砕された。

図２は、本発明の１つの実施形態２００における注入プロセスの特徴付けを示す。標的表面１００またはビーズ破砕銃（図示せず）に取り付けられたノズル２１０の両方またはいずれかが、サンプルを均一に取り扱うためのプログラムされたパターンで、または所望の特有のパターンで、水平方向のいずれかに移動し得る。マスク（図示せず）がまた、標的表面１００とノズル２１０との間に、ガラスキャリアビーズ２２０が、特定領域であって、そしてその他ではない領域を処理するように配置され得る。図２中のノズル２１０は、基質に垂直に下方２５０を指し示す。実際、ノズル２１０およびビーズの方向２５０は、処理される表面２４０に接近可能な任意の方向からであり得る。特定のＣＮＴは、たとえそれらがキャリアビーズ２２０に接着しなくても注入され得ることに注目のこと。

最もありそうな注入機構は、大部分のＣＮＴ材料が、ガラスキャリアビーズ２２０によってペーストの表面に運搬されることである。これらＣＮＴは、Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａｌｌｓ力、静電相互作用、またはその他の力によってガラスキャリアビーズ２２０の表面に接着され得る。接着コーティングが、ガラスキャリアビーズ２２０上でさらに用いられ得る。上記ＣＮＴはまた、これらビーズを基質に押す同じ空気風（ｂｌａｓｔ）に沿って運搬され得、そして宿主表面中に直接注入されようになる。

図３は、宿主材料１１０の標的表面２４０を打つガラスキャリアビーズ２２０の相互作用の詳細を示す。このキャリアビーズ２２０が表面２４０を打つとき、キャリアビーズ２２０の表面３６０に接着するナノ粒子材料のいくつか、この場合ＣＮＴ３２０は、処理されるべき表面２４０に移され得る。キャリアビーズ２２０が衝撃の方向２５０に表面２４０を打つエネルギーは、表面２４０の局所的へこみ、または変形を引き起こし得る。図３において、表面２４０は、明りょうさのために平滑な線で示されているが、実際は、それは非常に粗くあり得る。キャリアビーズ２２０の衝撃はまた、この表面を粗くし得る。ＣＮＴ３２１は、表面２４０を打った後に表面２４０上に残り得る。処理される表面２４０上にコーティングを形成するように注入または包埋されたＣＮＴ３２１は、表面２４０の下に挿入されたＣＮＴ３１０の特定部分、および表面２４０の外側に剥き出たＣＮＴ３７０の別の部分を有し得る。

本発明の現在の実施形態の１つの例３９０では、ＣＮＴ３２０を運ぶために用いられるキャリアビーズ２２０は、表面２４０上に包埋されて留まり得る。このような包埋されたキャリアビーズ３３０上のＣＮＴ３６０、３８０は、ビーズ３３０に近接してなお残存し得、いくつかのＣＮＴ３６０はビーズ３３０の上部に、いくつかのＣＮＴはビーズ３３０と処理された表面２４０との間に完全に包埋され、そしていくつかのＣＮＴ３８０は、ビーズ３３０と処理された表面２４０との間に部分的に包埋され、ＣＮＴ３５０が宿主材料１１０中に包埋される場合に挿入された部分と表面２４０の外側のＣＮＴ３４０の剥き出た部分を備える。注入のこの形態はまた、本発明の実施形態の１つの例である。

衝撃に際し、ナノ粒子３２０、３２１、３８０を捕捉する多くの機構が存在し得る。表面２４０の変形の作用は、変形部位において、局所的に、短い瞬間であるとしても、恐らくは高温に温度が増加することを引き起こす。変形のこの作用および高い局所的な瞬間の加熱は、ビーズ２２０、３３０上のナノ粒子材料３２０、３２１、３８０のいくつかを処理される表面２４０中に捕捉する。恐らくは、宿主材料１１０の標的表面２４０は、ビーズ２２０、３３０が表面２４０を打つ前は、多孔性であるか、または粗い。ナノ粒子３２０、３２１、３８０は、表面２４０上の割れ、または孔中に少なくとも部分的に捕捉され得、これらは、次いで、衝撃事象の間に閉鎖される。本発明の実施形態の１つの例では、図１〜３に示されるように、プリントされた伝導性ペースト１１０は、なお柔軟である有機バインダー溶液中の粒子を含む。ナノ粒子３２０、２３０は、ペースト１１０を容易に打撃し得、そして温和な接着剤として作用するこの有機バインダーによって捕捉される。

上記の注入方法２００で記載されるすべてのプロセスステップは、通常の大気環境中室温で実施され得ることに注目すべきであり、これは、材料をコーティングするための多くのその他の技法に対して有利である。より詳細なコーティング適用のために、本発明のその他の実施形態は、より高いかまたはより低い温度で、環境ガスの任意の混合物のより高い圧力で、または重力の不在下で実施され得る。

図２に示されるような注入２００の後、上記基質は乾燥され得、そしてスクリーンプリンティングガラスフリットの当業者に公知の標準的なプロセスを用いて硬化され得る。窒素ガスが、プリントされた伝導性ペースト１１０の表面２４０中に包埋されたＣＮＴ３２０、３２１、３８０材料を保存するために、高温硬化プロセスの間にオーブンを通じて流される。処理ステップのその他の改変および組み合わせを用いて、表面２４０上に注入されたＣＮＴ３２０、３２１、３８０を含むペースト１１０を乾燥および硬化するために用いられ得る。

表１は、上記に記載された本発明の１つの実施形態２００のプロセスパラメーターを示す。表１は、標的材料として柔軟な伝導性ペーストを有する本発明の１つの実施形態で用いられるサンプルについてのデータを含む。表１はまた、本発明の１つの実施形態２００で生成された４つのサンプル（Ｍ−１、Ｍ−２、Ｍ−３、Ｍ−４）を用いるダイオードモードで実施される電界放出の結果を示す。注入２００の間にノズル２１０中に供給されたガラスビーズ砂の速度は、１分間あたりの回転の単位（ｒｐｍ）で記録された「砂密度」とマークされたカラム中で制御され、そして報告される。ビーズ破砕機械の空気圧力はまた、平方インチあたりのポンド（ｐｓｉ）で注記される。

電界放出結果は、図４におけるような、一方の電極として蛍光物質アノード４０４、および他方の電極３０２として標的表面１００を備えたダイオード形態中にマウントされた各サンプルで得られた。アノード４０３、４０４は接地電位であった。パルス化バイアスが、カソード４０１、３０２上に、カソードからの電子が抽出され、そしてアノードに向かって加速され、カソード電極とアノード電極との間の電場の結果として光を生成するように配置される。表に記録されるのは、３×３ｃｍ^２の処理される表面から３０ｍＡの電流を生成するために要求される電場である。１つのサンプルＭ−１は、ナノ粒子が注入されず、そしてコントロールサンプルとして供された。このコントロールサンプルＭ−１は、カソードとして用いられたとき、電界放出を示さなかった。電界放出は、注入２００後、カソードとして用いたサンプルＭ−２、Ｍ−３、およびＭ−４で観察され、次いで伝導性ペースト１１０の乾燥および硬化をともない、ＣＮＴ３２０、３２１、３８０が、上記
記載した本発明のこの実施形態でこれらサンプルに移されたことを示す。

図６は、本発明の１つの実施形態において、サンプルＭ−２のダイオード放出の間にとられた蛍光物質スクリーンのイメージの写真である。

注入プロセス２００の後、次の伝導性ペースト１１０の乾燥および硬化で、接着剤テープが注入されたサンプルＭ−２、Ｍ−３、およびＭ−４の表面に付与され、そして次に取り除かれた。テープを除去することは、すべてではないが、いくつかのＣＮＴ３２１、３８０を除去し、ＣＮＴ３２１、３８０のいくつかが、本発明の請求項に記載の方法によって有意な結合エネルギーでペースト材料中に包埋または注入されていることを示した。電界放出閾値は、３．０Ｖ／ミクロンから３．１Ｖ／ミクロンまでほんのわずか増加し、そして均一性もまた、テープを付与し、そして除去した後、わずかに改善した。コントロールサンプルＭ−１もまた、この接着テーププロセスに供した。このプロセスの後、閾値場は改善されたが、注入処理されたサンプルＭ−２、Ｍ−３、およびＭ−４と比較してなお非常に乏しかった。

本発明は、ＣＮＴまたはその他のナノ粒子をその上に注入するその他の標的材料とともに実施され得る。本発明の１つの実施形態では、１つの側面上に銅ホイルまたはフィルム、そして他方の側面に接着剤を備えたテープである接着剤銅テープが、標的表面宿主材料として用いられた。真鍮、ブロンズ、銀、金などのようなその他の金属が同様に用いられ得る。接着剤裏打ちは必要ではないが、銅フィルムまたはホイルを基質に固定するために便利であった。これは、銀のような柔軟な低温金属を、硬い引っ掻き抵抗性のコーティングまたは汚れもしくは腐食を阻害するためのコーティングでコーティングする方法であり得る。ＣＮＴは、本発明の１つの実施形態で再び注入されたが、その他の材料が同様に用いられ得、カーボンブラック、アモルファスカーボン、またはカーボンフラーレンのようなカーボンのその他の形態を含む。

先に実施形態におけるように、ＣＮＴ３２０は、上記に記載のようにガラスビーズ２２０と混合された。銅テープは、上記のようにＣＮＴでコーティングされたガラスビーズ２２０によって処理された。このテープの銅側面にはＣＮＴが注入され、接着剤側面は基質に取り付けられた。本発明のこの実施形態のパラメーターは、表２に与えられる。

表２は、標的材料として銅テープを有する本発明の１つの実施形態において用いたサンプルに対するデータを含む。注入後、銅表面に包埋されて見出されたビーズ２２０はなかったが、サンプルＭ−５およびＭ−６は、ビーズ破砕プロセスから生じる多くのへこみおよびあばた傷を有した。テープの銅表面上に残ったＣＮＴ粒子は、ガラスビーズ２２０から銅表面に、本発明で開示された注入プロセスの間に移された。

注入後、電界放出結果は、１つの電極として蛍光物質アノードを、そして他方の電極として銅テープカソード備えたダイオード形態で銅テープを用いて得た。上記に記載のようなＣＮＴ注入を受けなかった銅テープのコントロールサンプルは、ＣＮＴ注入サンプルＭ−５およびＭ−６よりかなり高い抽出場を有していた。

移植プロセスの後、上記の銅テープサンプルはまた、接着剤テープをＣＮＴ注入銅表面付与すること、そして次にテープを除去することによる、上記に記載の接着剤テーププロセスに供された。テープを取り外すことは、いくつかのＣＮＴを除去し、ＣＮＴのいくつかが、本発明の請求項に記載の方法による有意な結合エネルギーとともに銅材料中に包埋または注入されたことを示す。上記の接着剤テーププロセスの後、上記サンプルをいま一度上記のような電界放出のためのカソードとして用いた。（３０ｍＡの電流を達成するために必要な場として規定される）閾値場は、３．０Ｖ／ミクロン〜６．０Ｖ／ミクロンまで増加した。

図７は、本発明の１つの実施形態におけるサンプルＭ−５のダイオード放出の間にとられた蛍光物質スクリーンのイメージの写真である。

図８は、本発明の１つの実施形態における、接着剤テーププロセスの後の、サンプルＭ−５のダイオード放出の間にとられた蛍光物質スクリーンのイメージの写真である。操作場は、接着剤テーププロセスの前よりはかなり高いが、イメージは、改良され、そしてより均一な明度を示している。

本発明の方法はまた、ビーズまたはその他のより大きな粒子上にナノ粒子を包埋または注入するために実施され得る。本発明の１つの実施形態では、ＣＮＴまたはその他のナノ粒子材料は、ガラスビーズ２２０またはその他のより大きなキャリア材料と混合され得、そして、より硬い標的のみが用いられた上記に記載のようなビーズ破砕処理２００を実施する。この標的は、しばしばビーズより硬いが、これは必ずしもそうではないかも知れない。キャリアビーズが標的材料より柔らかい場合、ナノ粒子は、衝撃に際し、標的表面上よりはむしろ、ビーズ中に優先的に注入または包埋され得る。これは、柔軟な低温ビーズを硬い高温コーティングでコーティングする方法であり、そしてビーズを溶融する高温プロセスを避ける。本発明の実施形態の１つの例では、ポリマービーズが、サファイアまたは石英のような硬い標的表面上にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）ナノ粒子を注入するために用いられる。

本発明の１つの実施形態では、ナノ粒子は、標的表面と、またはビーズ表面と、標的表面上のキャリアビーズの衝撃に際し化学的に反応し得る。本発明の実施形態の１つの例は、炭化鉄、炭化ニッケル、炭化チタン、または炭化クロムであり、これは、本発明の方法を実施する結果としてステンレス鋼の表面上に形成され得る。本発明の実施形態の１つの例では、硬い、または腐食抵抗性コーティングが、標的表面材料上に化学的に形成され得る。

本発明のこの実施形態の実施は、カーボンのナノチューブ形態に制限されず；カーボングラファイトフレイク、またはカーボンフラーレンが、ＣＮＴの代わりに用いられ得、標的表面と化学的に反応する。すべてのナノ粒子材料が標的表面上に残り得るのではなく、むしろ、この化学的反応の間に消費されるナノ粒子材料の一部のみが標的表面上に残る。ナノ粒子の残りは、標的表面中またはその上に残り得、標的表面材料中に部分的に包埋されるようになるか、またはこの表面上に全く残らないかも知れない。

本発明の実施形態の１つの例では、ステンレス鋼シートが、ＣＮＴコーティングされたガラスビーズで衝突される。このステンレス鋼シートは、本発明のこの例を実施する結果としてカーボンが表面上に残った後、暗くなった。このカーボンは、ニッケル、鉄、クロムまたはステンレス鋼中のその他の材料と反応し得る。ＣＮＴはまた、本発明のこの例を実施することによりステンレス鋼の表面中に包埋または注入され得る。

図９は、ＣＮＴで予備混合されたキャリアビーズの衝撃の結果として標的材料の表面の化学的反応９００を示す。キャリアビーズ９３０は、標的表面９２０を、標的表面９２０の方向２５０に高速度で打つ。ＣＮＴ３２０は、キャリアビーズ９３０の表面９４０に接着する。キャリアビーズ９３０の標的表面９２０との衝突９１０に際し、高い局所的温度、高い局所的圧力、および／または衝撃の点における変形に起因する化学的反応がある。

本発明のこの実施形態の１つの例では、異なる形態または種類のナノ粒子がビーズとともに混合される。キャリアビーズ９３０の表面９２０との衝突９１０の間に、温度および圧力は、たとえ瞬間でも、局所的に極限値に到達し得るが、混合されたナノ粒子を互いと、そして／またはビーズ表面９４０と反応するに十分長い。大きなボールおよびナノ粒子の粉末を用いたボールミル中の機械化学的処理に対する本発明におけるビーズ破砕方法の１つの利点は、ビーズ破砕では、表面を打つ粒子のエネルギーの正確な制御が、そのエネルギーがかなりより高くあり得ながら奏し得ることである。

本発明の１つの実施形態では、ナノ粒子の注入または包埋プロセスは、上記で述べたガラスビーズのようなキャリアビーズを要求することなく実施される。本発明のこの実施形態の１つの例では、カーボンナノチューブが、キャリアビーズを用いることなく、しかしなおＭｉｃｒｏｂｌａｓｔ ＢＳＰ−２０を用いて、ペーストまたは銅ホイル中に注入され得る。カーボンナノチューブのみが、任意のキャリアビーズなくして上記機械の供給ホッパー中に装填される。表３中に示される標的サンプルは、このようにしてキャリアビーズを用いることなくＣＮＴが注入され、そして本発明の前述の実施形態で記載のように、銅テープ／ホイル基質およびグラファイトペースト宿主材料に含められた。

キャリアビーズを用いることなくＣＮＴが注入された標的サンプルをカソードとして用いる電界放出は、本発明の前述の実施形態に記載のように実施された。本発明のこの実施形態におけるすべてのサンプルは、非常に低い閾値場（＜２．５／ミクロン〜正確に３０ｍＡの電流）を有する。次いで、上記接着剤テープのプロセスは、本発明の上記に記載の実施形態におけるようにこれらサンプルに適用された。電界放出閾値は、テープが除去された後に増加したが、劇的ではなかった。放出部位密度は、テープ活性化の後に著しく増加した。表３は、キャリアビーズなしの本発明の１つの実施形態で用いたサンプルに関するデータを含む。

図４は、上記で生成されたような、ダイオード形態におけるカソードを用いて作製された電界放出ディスプレイ５３８の一部分を示す。カソードとともに含まれるのは、伝導層４０１である。アノードは、ガラス基質４０２、インジウム錫層４０３、およびカソード発光層４０４から構成され得る。電場は、アノードとカソードとの間に配置される。このようなディスプレイ５３８は、図５に関して示されるような、データ処理システム５１３内で利用され得る。

本発明を実施するための代表的なハードウェア環境は、図５に描写され、これは、従来のマイクロプロセッサのような中央処理ユニット（ＣＰＵ）５１０、およびシステムバス５１２を経由して相互接続される多くのその他のユニットを有する本発明に従うデータ処理システム５１３の例示のハードウェア形態を示す。データ処理システム５１３は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５１４、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）５１６、およびディスクユニット５２０およびテープドライバ５４０のような周辺デバイスをバス５１２に接続するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ５１８、キーボード５２４を接続するためのユーザーインターフェースアダプタ５２２、マウス５２６、および／またはバス５１２へのタッチスクリーンデバイス（図示せず）のようなその他のユーザーインターフェースデバイス、データ処理システム５１３をデータ処理ネットワークに接続するための通信アダプタ５３４、およびディスプレイデバイス５３８にバス５１２を接続するためのディスプレイアダプタ５３６を含む。ＣＰＵ５１０は、本明細書中に示されないその他の回路を含み得、これは、マイクロプロセッサ内に一般に見出される回路を含み、例えば、実行ユニット、バスインターフェースユニット、算術論理ユニットなどがある。ＣＰＵ５１０はまた、単一の集積回路上に存在し得る。

本発明およびその利点を詳細に記載したが、種々の変更、置換および改変が、添付の請求項によって規定されるような本発明の思想および範囲から逸脱することなく本明細書中でなされ得ることが理解されるべきである。

図１は、ＣＮＴ注入によるコーティングのために用いられる１つの例の形態を示す。 図２は、本発明の実施形態を実施するために用いられる装置を示す。 図３は、本発明の例を、標的表面を打つ直前および直後にＣＮＴでコーティングされたガラスキャリアビーズの側面図で示す。 図４は、ダイオード形態のカソードを用いて作製された電界放出ディスプレイの一部分を示す。 図５は、データ処理システムを示す。 図６は、本発明の実施形態によるＣＮＴが注入されたサンプルの電界放出の間にとられた蛍光物質スクリーン上のイメージの写真である。 図７は、本発明の実施形態によるＣＮＴが注入されたサンプルの電界放出の間にとられた蛍光物質スクリーン上のイメージの写真である。 図８は、本発明の実施形態によるＣＮＴが注入されたサンプルの電界放出の間にとられた蛍光物質スクリーン上のイメージの写真である。 図９は、ＣＮＴでコーティングされたキャリアビーズと標的表面との衝撃の結果としての化学反応を示す。

Claims (8)

1. 表面の性質を改変する方法であって：
   改変のための標的表面を提供する工程；および
   該標的表面上にナノ粒子の注入を実施する工程であって、ここで、
   該注入が、キャリアビーズが該標的表面を打つように該キャリアビーズを用いるビーズ破砕プロセスとともに実施される、工程；および
   該注入を実施する前に、該ナノ粒子を、該キャリアビーズと、該ナノ粒子が該キャリアビーズに物理的に付着するようになるように混合する工程、を包含する、方法。
2. 前記注入の際に、前記標的表面との前記ナノ粒子の化学反応をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ナノ粒子の前記注入が、キャリアビーズを用いることなくして破砕プロセスとともに実施される、請求項１に記載の方法。
4. 前記ナノ粒子での注入後の標的表面が、電子を抽出するための電界放出デバイス中のカソードとして用いられる、請求項１に記載の方法。
5. 前記電界放出デバイスが、カソード発光性アノードとともに、該カソードと該アノードとの間の電場の結果として光を放出する形態である、請求項４に記載の方法。
6. 粒子の表面性質を改変する方法であって：
   標的表面を提供する工程；
   ナノ粒子を、該粒子と、該ナノ粒子が該粒子に物理的に付着するようになるように混合する工程；および
   該粒子が該標的表面を打つように破砕プロセスを用いて該粒子の表面上への該ナノ粒子の注入を実施する工程、を包含する、方法。
7. 前記標的表面が、前記粒子より硬い、請求項６に記載の方法。
8. 前記注入の際に、前記粒子との前記ナノ粒子の化学反応をさらに包含する、請求項６に記載の方法。

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