TWI681017B - 印刷能量儲存裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種印刷能量儲存裝置，包含第一電極、第二電極以及在第一與第二電極之間的隔離層。第一電極、第二電極以及隔離層中的至少一個包含矽藻殼，例如來自矽藻。矽藻殼可具有均一或實質上均一的性質或屬性，諸如形狀、尺寸和/或孔隙率。矽藻殼的性質或屬性也可通過將表面改質結構和/或材料施加或形成於矽藻殼的表面而改質。所述矽藻殼可包含多種材料。用於能量儲存裝置的膜包含矽藻殼。用於印刷薄膜的墨水包含矽藻殼。

Description

印刷能量儲存裝置 【相關申請案之交叉參考】
本發明為主張2013年1月9日提交的題為“矽藻土能量儲存裝置(Diatomaceous Energy Storage Devices)”的美國臨時專利申請第61/750,757號和2012年7月18日提交的題為“矽藻土能量儲存裝置”的美國臨時專利申請第61/673,149號的權益的2013年7月17日提交的題為“矽藻土能量儲存裝置”的美國專利申請第13/944,211號的部分繼續申請，且本申請要求2013年8月5日提交的題為“高表面積奈米多孔能量儲存裝置(High Surface Area Nanoporous Energy Storage Devices)”的美國臨時專利申請序列號61/862,469的權益，所述專利申請各自以全文引用的方式併入本文中。
本發明涉及能量儲存裝置，且尤其涉及包括矽藻的矽藻殼的能量儲存裝置。
矽藻典型地包含單細胞真核生物，諸如單細胞藻類。矽藻在自然界中非常豐富且可見於淡水及海洋環境中。一般，矽藻是由矽藻殼封閉，矽藻殼具有經由包括殼環元件的連接帶配合在一起的兩個殼瓣。矽藻土，有時稱為矽藻岩，可為矽藻殼的來源。矽藻土包括化石化矽藻殼且可用於各種各樣的應用，包含用作過濾劑、塗料或塑膠的填充劑、吸附劑、貓砂或研磨材料。
矽藻殼常常包括大量二氧化矽(SiO2)以及氧化鋁、氧化鐵、氧化鈦、磷酸鹽、石灰、鈉和/或鉀。矽藻殼典型地為電絕緣的。矽藻殼可包括多種尺寸、表面特徵、形狀以及其它屬性。舉例來說，矽藻殼可包括各種形狀，包含(但不限於)圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。矽藻殼包括對稱形狀或不對稱形狀。矽藻可根據矽藻殼的形狀和/或對稱性分類，例如基於輻射對稱的存在或不存在對矽藻進行分組。矽藻殼可包括在小於約一微米至約數百微米範圍內的尺寸。矽藻殼也可包括不同孔隙率，具有許多孔隙或縫隙。矽藻殼的孔隙或縫隙可在形狀、大小和/或密度方面有變化。舉例來說，矽藻殼可包括尺寸為約5nm至約1000nm的孔隙。
矽藻殼可包括顯著機械強度或抗剪應力性，例如歸因於矽藻殼的尺寸、矽藻殼形狀、孔隙率和/或材料組成。
能量儲存裝置，諸如電池(例如可充電電池)、燃料電池、電容器和/或超級電容器(例如電雙層電容器(EDLC))可使用嵌入於能量儲存裝置的至少一層中的矽藻殼製造。矽藻殼可經揀選以具有所選形狀、尺寸、孔隙率、材料、表面特徵和/或另一合適矽藻殼屬性，所述屬性可為均一或實質上均一的或可不同。矽藻殼可包含矽藻殼表面改質結構和/或材料。能量儲存裝置可包含諸如電極、隔離層和/或集電體的層。舉例來說，隔離層可位於第一電極與第二電極之間，第一集電體可與第一電極耦接，且第二集電體可與第二電極耦接。隔離層、第一電極以及第二電極中的至少一個可包含矽藻殼。在能量儲存裝置的至少一部分中包含矽藻殼可有助於使用印刷技術製造能量儲存裝置，包含網版印刷、輥對輥印刷、噴墨印刷和/或另一合適印刷製程。矽藻殼可為能量儲存裝置層提供結構支撐，且幫助能量儲存裝置層在製造和/或使用期間維持均一或實質上均一的厚度。多孔矽藻殼可允許電子或離子物種不受阻或實質上不受阻的流動。包含矽藻殼的表面結構或材料可增加層的導電性。
在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括第一電極、第二電極以及在第一與第二電極之間的隔離層。第一電極、第二電極以及隔離層中的至少一個包含矽藻殼。
在一些實施例中，隔離層包含矽藻殼。在一些實施例中，第一電極包含矽藻殼。在一些實施例中，隔離層及第一電極包含矽藻殼。在一些實施例中，第二電極包含矽藻殼。在一些實施例 中，隔離層及第二電極包含矽藻殼。在一些實施例中，第一電極及第二電極包含矽藻殼。在一些實施例中，隔離層、第一電極以及第二電極包含矽藻殼。
在一些實施例中，矽藻殼具有實質上均一的性質。在一些實施例中，性質包括形狀，例如包含圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。在一些實施例中，性質包括尺寸，例如包含直徑、長度或最長軸。在一些實施例中，性質包括孔隙率。在一些實施例中，性質包括機械強度。
在一些實施例中，矽藻殼包括表面改質結構。在一些實施例中，表面改質結構包含導電材料。在一些實施例中，導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構包含氧化鋅(ZnO)。在一些實施例中，表面改質結構包括半導體。在一些實施例中，半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構包括奈米線、奈米粒子以及具有重萼狀(rosette)的結構中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的外表面上。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的內表面上。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的內表面及外表面上。
在一些實施例中，矽藻殼包括表面改質材料。在一些實施例中，表面改質材料包括導電材料。在一些實施例中，表面改質材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。在一些實施例中，表面改質材料包含ZnO。在一些實施例中，表面 改質材料包含半導體。在一些實施例中，半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的外表面上。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的內表面上。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的外表面及內表面上。
在一些實施例中，第一電極包括導電填充劑。在一些實施例中，第二電極包括導電填充劑。在一些實施例中，第一電極及第二電極包括導電填充劑。在一些實施例中，導電填充劑包括石墨碳。在一些實施例中，導電填充劑包括石墨烯。在一些實施例中，導電填充劑包括碳奈米管。
在一些實施例中，第一電極包括黏著性材料。在一些實施例中，第二電極包括黏著性材料。在一些實施例中，第一電極及第二電極包括黏著性材料。在一些實施例中，隔離層包括黏著性材料。在一些實施例中，第一電極及隔離層包括黏著性材料。在一些實施例中，第二電極及隔離層包括黏著性材料。在一些實施例中，第一電極、第二電極以及隔離層包括黏著性材料。在一些實施例中，黏著性材料包括聚合物。
在一些實施例中，隔離層包括電解質。在一些實施例中，電解質包括離子液體、酸、鹼及鹽中的至少一個。在一些實施例中，電解質包括電解凝膠。
在一些實施例中，裝置包括與第一電極電連通的第一集電體。在一些實施例中，裝置包括與第二電極電連通的第二集電 體。在一些實施例中，裝置包括與第一電極電連通的第一集電體及與第二電極電連通的第二集電體。
在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括電容器。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括超級電容器。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括電池。
在一些實施例中，系統包括多個堆疊在彼此頂部上的如本文所述的印刷能量儲存裝置。在一些實施例中，電裝置包括本文所述的印刷能量儲存裝置或系統。
在一些實施例中，印刷能量儲存裝置的膜包括矽藻殼。
在一些實施例中，矽藻殼具有實質上均一的性質。在一些實施例中，性質包括形狀，例如包含圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。在一些實施例中，性質包括尺寸，例如包含直徑、長度或最長軸。在一些實施例中，性質包括孔隙率。在一些實施例中，性質包括機械強度。
在一些實施例中，矽藻殼包括表面改質結構。在一些實施例中，表面改質結構包含導電材料。在一些實施例中，導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構包含氧化鋅(ZnO)。在一些實施例中，表面改質結構包括半導體。在一些實施例中，半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構包括奈米線、奈米粒子以及具有重萼狀的結構中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的外表面上。在一些實 施例中，表面改質結構處於矽藻殼的內表面上。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的內表面及外表面上。
在一些實施例中，矽藻殼包括表面改質材料。在一些實施例中，表面改質材料包括導電材料。在一些實施例中，表面改質材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。在一些實施例中，表面改質材料包含ZnO。在一些實施例中，表面改質材料包含半導體。在一些實施例中，半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的外表面上。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的內表面上。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的外表面及內表面上。
在一些實施例中，膜還包括導電填充劑。在一些實施例中，導電填充劑包括石墨碳。在一些實施例中，導電填充劑包括石墨烯。
在一些實施例中，膜還包括黏著性材料。在一些實施例中，黏著性材料包括聚合物。
在一些實施例中，膜還包括電解質。在一些實施例中，電解質包括離子液體、酸、鹼及鹽中的至少一個。在一些實施例中，電解質包括電解凝膠。
在一些實施例中，能量儲存裝置包括如本文所述的膜。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括電容器。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括超級電容器。在一些實施例中，印刷 能量儲存裝置包括電池。在一些實施例中，系統包括多個堆疊在彼此頂部上的如本文所述的能量儲存裝置。在一些實施例中，電裝置包括本文所述的印刷能量儲存裝置或系統。
在一些實施例中，製造印刷能量儲存裝置的方法包括形成第一電極，形成第二電極，以及形成第一電極與第二電極之間的隔離層。第一電極、第二電極以及隔離層中的至少一個包含矽藻殼。
在一些實施例中，隔離層包含矽藻殼。在一些實施例中，形成隔離層包含形成矽藻殼的分散液。在一些實施例中，形成隔離層包含網版印刷隔離層。在一些實施例中，形成隔離層包含形成矽藻殼的膜。在一些實施例中，形成隔離層包含輥對輥印刷包含隔離層的膜。
在一些實施例中，第一電極包含矽藻殼。在一些實施例中，形成第一電極包含形成矽藻殼的分散液。在一些實施例中，形成第一電極包含網版印刷第一電極。在一些實施例中，形成第一電極包含形成矽藻殼的膜。在一些實施例中，形成第一電極包含輥對輥印刷包含第一電極的膜。
在一些實施例中，第二電極包含矽藻殼。在一些實施例中，形成第二電極包含形成矽藻殼的分散液。在一些實施例中，形成第二電極包含網版印刷第二電極。在一些實施例中，形成第二電極包含形成矽藻殼的膜。在一些實施例中，形成第二電極包含輥對輥印刷包含第二電極的膜。
在一些實施例中，方法還包括根據性質揀選矽藻殼。在一些實施例中，性質包括形狀、尺寸、材料及孔隙率中的至少一個。
在一些實施例中，墨水包括溶液及分散於溶液中的矽藻殼。
在一些實施例中，矽藻殼具有實質上均一的性質。在一些實施例中，性質包括形狀，例如包含圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。在一些實施例中，性質包括尺寸，例如包含直徑、長度或最長軸。在一些實施例中，性質包括孔隙率。在一些實施例中，性質包括機械強度。
在一些實施例中，矽藻殼包括表面改質結構。在一些實施例中，表面改質結構包含導電材料。在一些實施例中，導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構包含氧化鋅(ZnO)。在一些實施例中，表面改質結構包括半導體。在一些實施例中，半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構包括奈米線、奈米粒子以及具有重萼狀的結構中的至少一個。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的外表面上。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的內表面上。在一些實施例中，表面改質結構處於矽藻殼的內表面及外表面上。
在一些實施例中，矽藻殼包括表面改質材料。在一些實施例中，表面改質材料包括導電材料。在一些實施例中，表面改 質材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。在一些實施例中，表面改質材料包含ZnO。在一些實施例中，表面改質材料包含半導體。在一些實施例中，半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的外表面上。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的內表面上。在一些實施例中，表面改質材料處於矽藻殼的外表面及內表面上。
在一些實施例中，墨水還包括導電填充劑。在一些實施例中，導電填充劑包括石墨碳。在一些實施例中，導電填充劑包括石墨烯。
在一些實施例中，墨水還包括黏著性材料。在一些實施例中，黏著性材料包括聚合物。
在一些實施例中，墨水還包括電解質。在一些實施例中，電解質包括離子液體、酸、鹼及鹽中的至少一個。在一些實施例中，電解質包括電解凝膠。
在一些實施例中，裝置包括本文所述的墨水中的至少一個。在一些實施例中，裝置包括印刷能量儲存裝置。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括電容器。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括超級電容器。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置包括電池。
提取矽藻殼(diatom frustules)部分的方法可包括將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中。可去除有機污染物及無機污染物 中的至少一個。提取矽藻殼部分的方法可包括將多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中，所述界面活性劑減少所述多個矽藻殼部分的聚結。所述方法可包括使用盤式堆疊離心機提取具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。
在一些實施例中，至少一個共同特性可包含尺寸、形狀、材料以及破碎程度中的至少一個。尺寸可包含長度及直徑中的至少一個。
在一些實施例中，固體混合物可包括多個矽藻殼部分。提取矽藻殼部分的方法可包括減小固體混合物的粒子尺寸。減小固體混合物的粒子尺寸可在將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中之前進行。在一些實施例中，減小粒子尺寸可包括研磨固體混合物。研磨固體混合物可包含將研缽及研杵、罐磨機以及碎石機中的至少一個應用於固體混合物。
在一些實施例中，可提取最長組分尺寸大於多個矽藻殼部分的最長矽藻殼部分尺寸的固體混合物的組分。提取固體混合物的組分可包括篩出固體混合物。篩出固體混合物可包括使用具有約15微米至約25微米的目徑的篩子處理固體混合物。篩出固體混合物可包括使用具有約10微米至約25微米的目徑的篩子處理固體混合物。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括揀選多個矽藻殼部分以使第一矽藻殼部分與第二矽藻殼部分分離，所述第一矽藻殼部分具有較大的最長尺寸。舉例來說，第一矽藻殼部 分可包括多個未破碎的矽藻殼部分。第二矽藻殼部分可包括多個破碎的矽藻殼部分。
在一些實施例中，揀選多個矽藻殼部分可包括過濾多個矽藻殼部分。過濾可包括妨礙多個矽藻殼部分的聚結。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括攪拌。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括震盪。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括起泡。
過濾可包含將篩子應用於多個矽藻殼部分。舉例來說，篩子可具有約5微米至約10微米(包含約7微米)的目徑。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包含獲得經洗滌的矽藻殼部分。獲得經洗滌的矽藻殼部分可包括在去除有機污染物及無機污染物中的至少一個後，使用清洗溶劑洗滌多個矽藻殼部分。在一些實施例中，獲得經洗滌的矽藻殼部分可包括使用清洗溶劑洗滌具有至少一個共同特性的矽藻殼部分。
可去除清洗溶劑。舉例來說，去除清洗溶劑可包括在去除有機污染物及無機污染物中的至少一個後，沉降多個矽藻殼部分。舉例來說，去除清洗溶劑可包括沉降具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。沉降多個矽藻殼部分可包括離心。在一些實施例中，離心可包括應用適合於大規模處理的離心機。在一些實施例中，離心可包括應用盤式堆疊離心機、傾析離心機以及管式離心機中的至少一個。
在一些實施例中，分散溶劑及清洗溶劑中的至少一個可 包括水。
在一些實施例中，將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中及將多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中的至少一個可包括聲波處理多個矽藻殼。
界面活性劑可包括陽離子界面活性劑。舉例來說，陽離子界面活性劑可包括氯化苄烷銨(benzalkonium chloride)、西曲溴銨(cetrimonium bromide)、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨(lauryl methyl gluceth-10 hydroxypropyl dimonium chloride)、苄索氯銨(benzethonium chloride)、苄索氯銨、博尼杜克(bronidox)、二甲基二(十八烷基)氯化銨(dmethyldioctadecylamoonium)以及氫氧化四甲基銨中的至少一個。
界面活性劑可包括非離子界面活性劑。舉例來說，非離子界面活性劑可包括鯨蠟醇、硬脂醇、鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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)中的至少一個。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括將多個矽藻殼分散於添加劑組分中。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可在將多個矽藻殼分散於界面活性劑中之前進行。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可在將多個矽藻殼分散於界面活性劑中之後 進行。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可與將多個矽藻殼分散於界面活性劑中至少部分同時發生。添加劑組分可包含氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨以及氫氧化鈉中的至少一個。
在一些實施例中，分散多個矽藻殼部分可包括獲得包括約1重量百分比至約5重量百分比的多個矽藻殼部分的分散液。
在一些實施例中，去除有機污染物可包括在漂白劑存在下加熱多個矽藻殼部分。漂白劑可包含過氧化氫及硝酸中的至少一個。加熱多個矽藻殼部分可包括在包括範圍為約10體積百分比至約20體積百分比的量的過氧化氫的溶液中加熱多個矽藻殼部分。加熱多個矽藻殼部分可包括加熱多個矽藻殼部分持續約5分鐘至約15分鐘。
在一些實施例中，去除有機污染物可包括將多個矽藻殼部分退火。在一些實施例中，去除無機污染物可包括使多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合。使多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合可包含將多個矽藻殼部分混合於包括約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸的溶液中。舉例來說，混合可持續約20分鐘至約40分鐘。
提取矽藻殼部分的方法可包含使用盤式堆疊離心機提取具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中。在一些實施例中，所述方法可包括去除有機污染物及無機污染物中的至少一個。在一些實施例 中，所述方法可包括將多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中，所述界面活性劑減少所述多個矽藻殼部分的聚結。
至少一個共同特性可包含尺寸、形狀、材料以及破碎程度中的至少一個。尺寸可包含長度及直徑中的至少一個。
在一些實施例中，固體混合物可包括多個矽藻殼部分。提取矽藻殼部分的方法可包括減小固體混合物的粒子尺寸。減小固體混合物的粒子尺寸可在將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中之前進行。在一些實施例中，減小粒子尺寸可包括研磨固體混合物。研磨固體混合物可包含將研缽及研杵、罐磨機以及碎石機中的至少一個應用於固體混合物。
在一些實施例中，可提取最長組分尺寸大於多個矽藻殼部分的最長矽藻殼部分尺寸的固體混合物的組分。提取固體混合物的組分可包括篩出固體混合物。篩出固體混合物可包括使用具有約15微米至約25微米的目徑的篩子處理固體混合物。篩出固體混合物可包括使用具有約10微米至約25微米的目徑的篩子處理固體混合物。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括揀選多個矽藻殼部分以使第一矽藻殼部分與第二矽藻殼部分分離，所述第一矽藻殼部分具有較大的最長尺寸。舉例來說，第一矽藻殼部分可包括多個未破碎的矽藻殼部分。第二矽藻殼部分可包括多個破碎的矽藻殼部分。
在一些實施例中，揀選多個矽藻殼部分可包括過濾多個 矽藻殼部分。過濾可包括妨礙多個矽藻殼部分的聚結。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括攪拌。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括震盪。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括起泡。
過濾可包含將篩子應用於多個矽藻殼部分。舉例來說，篩子可具有約5微米至約10微米(包含約7微米)的目徑。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包含獲得經洗滌的矽藻殼部分。獲得經洗滌的矽藻殼部分可包括在去除有機污染物及無機污染物中的至少一個後，使用清洗溶劑洗滌多個矽藻殼部分。在一些實施例中，獲得經洗滌的矽藻殼部分可包括使用清洗溶劑洗滌具有至少一個共同特性的矽藻殼部分。
可去除清洗溶劑。舉例來說，去除清洗溶劑可包括在去除有機污染物及無機污染物中的至少一個後，沉降多個矽藻殼部分。舉例來說，去除清洗溶劑可包括沉降具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。沉降多個矽藻殼部分可包括離心。在一些實施例中，離心可包括應用適合於大規模處理的離心機。在一些實施例中，離心可包括應用盤式堆疊離心機、傾析離心機以及管式離心機中的至少一個。
在一些實施例中，分散溶劑及清洗溶劑中的至少一個可包括水。
在一些實施例中，將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中及將多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中的至少一個可包括聲波 處理多個矽藻殼。
界面活性劑可包括陽離子界面活性劑。舉例來說，陽離子界面活性劑可包括氯化苄烷銨、西曲溴銨、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨、苄索氯銨、苄索氯銨、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化銨以及氫氧化四甲基銨中的至少一個。
界面活性劑可包括非離子界面活性劑。舉例來說，非離子界面活性劑可包括鯨蠟醇、硬脂醇、鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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個。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括將多個矽藻殼分散於添加劑組分中。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可在將多個矽藻殼分散於界面活性劑中之前進行。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可在將多個矽藻殼分散於界面活性劑中之後進行。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可與將多個矽藻殼分散於界面活性劑中至少部分同時發生。添加劑組分可包含氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨以及氫氧化鈉中的至少一個。
在一些實施例中，分散多個矽藻殼部分可包括獲得包括約1重量百分比至約5重量百分比的多個矽藻殼部分的分散液。
在一些實施例中，去除有機污染物可包括在漂白劑存在下加熱多個矽藻殼部分。漂白劑可包含過氧化氫及硝酸中的至少一個。加熱多個矽藻殼部分可包括在包括範圍為約10體積百分比 至約20體積百分比的量的過氧化氫的溶液中加熱多個矽藻殼部分。加熱多個矽藻殼部分可包括加熱多個矽藻殼部分約5分鐘至約15分鐘的持續時間。
在一些實施例中，去除有機污染物可包括將多個矽藻殼部分退火。在一些實施例中，去除無機污染物可包括使多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合。使多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合可包含將多個矽藻殼部分混合於包括約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸的溶液中。舉例來說，混合可持續約20分鐘至約40分鐘。
提取矽藻殼部分的方法可包含使用界面活性劑分散多個矽藻殼部分，所述界面活性劑減少所述多個矽藻殼部分的聚結。
提取矽藻殼部分的方法可包含使用盤式堆疊離心機提取具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中。在一些實施例中，可去除有機污染物及無機污染物中的至少一個。
在一些實施例中，至少一個共同特性可包含尺寸、形狀、材料以及破碎程度中的至少一個。尺寸可包含長度及直徑中的至少一個。
在一些實施例中，固體混合物可包括多個矽藻殼部分。提取矽藻殼部分的方法可包括減小固體混合物的粒子尺寸。減小固體混合物的粒子尺寸可在將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中 之前進行。在一些實施例中，減小粒子尺寸可包括研磨固體混合物。研磨固體混合物可包含將研缽及研杵、罐磨機以及碎石機中的至少一個應用於固體混合物。
在一些實施例中，可提取最長組分尺寸大於多個矽藻殼部分的最長矽藻殼部分尺寸的固體混合物的組分。提取固體混合物的組分可包括篩出固體混合物。篩出固體混合物可包括使用具有約15微米至約25微米的目徑的篩子處理固體混合物。篩出固體混合物可包括使用具有約10微米至約25微米的目徑的篩子處理固體混合物。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括揀選多個矽藻殼部分以使第一矽藻殼部分與第二矽藻殼部分分離，所述第一矽藻殼部分具有較大最長尺寸。舉例來說，第一矽藻殼部分可包括多個未破碎的矽藻殼部分。第二矽藻殼部分可包括多個破碎的矽藻殼部分。
在一些實施例中，揀選多個矽藻殼部分可包括過濾多個矽藻殼部分。過濾可包括妨礙多個矽藻殼部分的聚結。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括攪拌。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括震盪。在一些實施例中，妨礙多個矽藻殼部分的聚結可包括起泡。
過濾可包含將篩子應用於多個矽藻殼部分。舉例來說，篩子可具有約5微米至約10微米(包含約7微米)的目徑。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包含獲得經 洗滌的矽藻殼部分。獲得經洗滌的矽藻殼部分可包括在去除有機污染物及無機污染物中的至少一個後，使用清洗溶劑洗滌多個矽藻殼部分。在一些實施例中，獲得經洗滌的矽藻殼部分可包括使用清洗溶劑洗滌具有至少一個共同特性的矽藻殼部分。
可去除清洗溶劑。舉例來說，去除清洗溶劑可包括在去除有機污染物及無機污染物中的至少一個後，沉降多個矽藻殼部分。舉例來說，去除清洗溶劑可包括沉降具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。沉降多個矽藻殼部分可包括離心。在一些實施例中，離心可包括應用適合於大規模處理的離心機。在一些實施例中，離心可包括應用盤式堆疊離心機、傾析離心機以及管式離心機中的至少一個。
在一些實施例中，分散溶劑及清洗溶劑中的至少一個可包括水。
在一些實施例中，將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中及將多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中的至少一個可包括聲波處理多個矽藻殼。
界面活性劑可包括陽離子界面活性劑。舉例來說，陽離子界面活性劑可包括氯化苄烷銨、西曲溴銨、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨、苄索氯銨、苄索氯銨、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化銨以及氫氧化四甲基銨中的至少一個。
界面活性劑可包括非離子界面活性劑。舉例來說，非離子界面活性劑可包括鯨蠟醇、硬脂醇、鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧 乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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個。
在一些實施例中，提取矽藻殼部分的方法可包括將多個矽藻殼分散於添加劑組分中。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可在將多個矽藻殼分散於界面活性劑中之前進行。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可在將多個矽藻殼分散於界面活性劑中之後進行。將多個矽藻殼分散於添加劑組分中可與將多個矽藻殼分散於界面活性劑中至少部分同時發生。添加劑組分可包含氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨以及氫氧化鈉中的至少一個。
在一些實施例中，分散多個矽藻殼部分可包括獲得包括約1重量百分比至約5重量百分比的多個矽藻殼部分的分散液。
在一些實施例中，去除有機污染物可包括在漂白劑存在下加熱多個矽藻殼部分。漂白劑可包含過氧化氫及硝酸中的至少一個。加熱多個矽藻殼部分可包括在包括範圍為約10體積百分比至約20體積百分比的量的過氧化氫的溶液中加熱多個矽藻殼部分。加熱多個矽藻殼部分可包括加熱多個矽藻殼部分約5分鐘至約15分鐘的持續時間。
在一些實施例中，去除有機污染物可包括將多個矽藻殼部分退火。在一些實施例中，去除無機污染物可包括使多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合。使多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合可包含將多個矽藻殼部分混合於包括 約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸的溶液中。舉例來說，混合可持續約20分鐘至約40分鐘。
在矽藻殼部分上形成銀奈米結構的方法可包含在矽藻殼部分的表面上形成銀晶種層。所述方法可包含在所述晶種層上形成奈米結構。
在一些實施例中，奈米結構可包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。在一些實施例中，奈米結構可包括銀。
形成銀晶種層可包括將循環加熱方案應用於第一銀供給組分及矽藻殼部分。在一些實施例中，應用循環加熱方案可包括應用循環微波功率。應用循環微波功率可包括使微波功率在約100瓦與500瓦之間交替。舉例來說，交替可包括每分鐘交替微波功率。在一些實施例中，交替可包括交替微波功率持續約30分鐘。在一些實施例中，交替可包括交替微波功率持續約20分鐘至約40分鐘。
在一些實施例中，形成銀晶種層可包括使矽藻殼部分與晶種層溶液組合。晶種層溶液可包含第一銀供給組分及晶種層還原劑。舉例來說，晶種層還原劑可為晶種層溶劑。在一些實施例中，晶種層還原劑及晶種層溶劑可包括聚乙二醇。
在一些實施例中，晶種層溶液可包括第一銀供給組分、晶種層還原劑以及晶種層溶劑。
形成銀晶種層可包括使矽藻殼部分與晶種層溶液混合。 在一些實施例中，混合可包括超聲波處理。
在一些實施例中，晶種層還原劑可包括N,N-二甲基甲醯胺，第一銀供給組分可包括硝酸銀，且晶種層溶劑可包括水及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一個。
形成奈米結構可包括使矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合。在一些實施例中，形成奈米結構更可包含在使矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合後，加熱矽藻殼部分。舉例來說，加熱可包括加熱至約120℃至約160℃的溫度。
在一些實施例中，形成奈米結構可包含使用包括奈米結構形成溶劑及第二銀供給組分的滴定溶液滴定矽藻殼部分。在一些實施例中，形成奈米結構可包括在使用滴定溶液滴定矽藻殼部分後混合。
在一些實施例中，晶種層還原劑及奈米結構形成還原劑中的至少一個可包括肼、甲醛、葡萄糖、酒石酸鈉、草酸、甲酸、抗壞血酸以及乙二醇中的至少一個。
在一些實施例中，第一銀供給組分及第二銀供給組分中的至少一個可包括銀鹽及氧化銀中的至少一個。舉例來說，銀鹽可包含硝酸銀及氨硝酸銀、氯化銀(AgCl)、氰化銀(AgCN)、四氟硼酸銀、六氟磷酸銀以及乙硫酸銀中的至少一個。
可在減少氧化物形成的環境中形成奈米結構。舉例來說，所述環境可包括氬氣氛圍。
在一些實施例中，晶種層溶劑及奈米結構形成溶劑中的 至少一個可包括丙二醇、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、四氫糠醇(THFA)、環己醇、環戊醇、萜品醇、丁內酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、環己酮、環戊酮、環庚酮、環辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙醯丙酮、苯乙酮、環丙酮、異佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、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)、對薄荷烷-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、四氫呋喃(THF)、二甲基甲醯胺(DMF)、N-甲基甲醯胺(NMF)、二甲亞碸(DMSO)、亞硫醯氯以及硫醯氯中的至少一個。
矽藻殼部分可包括破碎的矽藻殼部分。矽藻殼部分可包括未破碎的矽藻殼部分。在一些實施例中，矽藻殼部分可經由矽藻殼部分分離製程來獲得。舉例來說，所述製程可包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
在矽藻殼部分上形成氧化鋅奈米結構的方法可包含在矽 藻殼部分的表面上形成氧化鋅晶種層。所述方法可包括在氧化鋅晶種層上形成奈米結構。
在一些實施例中，奈米結構可包括奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。在一些實施例中，奈米結構可包括氧化鋅。
形成氧化鋅晶種層可包括加熱第一鋅供給組分及矽藻殼部分。在一些實施例中，加熱第一鋅供給組分及矽藻殼部分可包括加熱至範圍為約175℃至約225℃的溫度。
在一些實施例中，形成奈米結構可包括在包括第二鋅供給組分的奈米結構形成溶液存在下，將加熱方案應用於具有氧化鋅晶種層的矽藻殼部分。加熱方案可包括加熱至奈米結構形成溫度。舉例來說，奈米結構形成溫度可為約80℃至約100℃。在一些實施例中，加熱可持續約一至約三小時。在一些實施例中，加熱方案可包括應用循環加熱程序。舉例來說，循環加熱程序可包含將微波加熱應用於具有氧化鋅晶種層的矽藻殼部分維持加熱持續時間，且隨後關閉微波加熱維持冷卻持續時間，歷時總循環加熱持續時間。在一些實施例中，加熱持續時間可為約1分鐘至約5分鐘。在一些實施例中，冷卻持續時間可為約30秒至約5分鐘。總循環加熱持續時間可為約5分鐘至約20分鐘。應用微波加熱可包含應用約480瓦至約520瓦的微波功率，包含約80瓦至約120瓦的微波功率。
在一些實施例中，第一鋅供給組分及第二鋅供給組分中 的至少一個可包括乙酸鋅、乙酸鋅水合物、硝酸鋅、硝酸鋅六水合物、氯化鋅、硫酸鋅以及鋅酸鈉中的至少一個。
在一些實施例中，奈米結構形成溶液可包含鹼。舉例來說，所述鹼可包括氫氧化鈉、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化四甲銨、氫氧化鋰、六亞甲基四胺、氨溶液、碳酸鈉以及乙二胺中的至少一個。
在一些實施例中，形成奈米結構可包括添加添加劑組分。添加劑組分可包含三丁胺、三乙胺、三乙醇胺、二異丙胺、磷酸銨、1,6-己二醇、三乙基二乙醇(triethyldiethylnol)、異丙胺、環己胺、正丁胺、氯化銨、六亞甲基四胺、乙二醇、乙醇胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸鈉、溴化十六烷基三甲銨以及尿素中的至少一個。
在一些實施例中，奈米結構形成溶液及氧化鋅晶種層形成溶液中的至少一個可包括溶劑，所述溶劑包括丙二醇、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、四氫糠醇(THFA)、環己醇、環戊醇、萜品醇、丁內酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、環己酮、環戊酮、環庚酮、環辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙醯丙酮、苯乙酮、環丙酮、異佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、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、對薄荷烷-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、四氫呋喃(THF)、二甲基甲醯胺(DMF)、N-甲基甲醯胺(NMF)、二甲亞碸(DMSO)、亞硫醯氯以及硫醯氯中的至少一個。
矽藻殼部分可包括破碎的矽藻殼部分。矽藻殼部分可包括未破碎的矽藻殼部分。在一些實施例中，矽藻殼部分可經由矽藻殼部分分離製程來獲得。舉例來說，所述製程可包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
在矽藻殼部分上形成碳奈米結構的方法可包含在矽藻殼部分的表面上形成金屬晶種層。所述方法可包含在所述晶種層上形成碳奈米結構。
在一些實施例中，碳奈米結構可包括碳奈米管。碳奈米管可包括單壁(single-walled)碳奈米管及多壁碳奈米管中的至少一個。
在一些實施例中，形成金屬晶種層可包括噴塗矽藻殼部分的表面。在一些實施例中，形成金屬晶種層可包括將矽藻殼部分的表面引入包括金屬的液體、包括金屬的氣體以及包括金屬的固體中的至少一個中。
在一些實施例中，形成碳奈米結構可包括使用化學氣相沉積(CVD)。形成碳奈米結構可包括在將矽藻殼部分暴露於奈米結構形成碳氣體後，將矽藻殼部分暴露於奈米結構形成還原氣體。形成碳奈米結構可包括在將矽藻殼部分暴露於奈米結構形成碳氣體之前，將矽藻殼部分暴露於奈米結構形成還原氣體。在一些實施例中，形成碳奈米結構包括將矽藻殼部分暴露於包括奈米結構形成還原氣體及奈米結構形成碳氣體的奈米結構形成氣體混合物。奈米結構形成氣體混合物可包含中性氣體。舉例來說，中性氣體可為氬氣。
在一些實施例中，金屬可包括鎳、鐵、鈷、鈷-鉬雙金屬、銅、金、銀、鉑、鈀、錳、鋁、鎂、鉻、銻、鋁-鐵-鉬(Al/Fe/Mo)、五羰基鐵(Fe(CO)5)、硝酸鐵(III)六水合物(Fe(NO3)3．6H2O)、氯化鈷(II)六水合物(CoCl2．6H2O)、鉬酸銨四水合物((NH4)6Mo7O24．4H2O)、二氯化鉬(VI)二氧化物(MoO2Cl2)以及氧化鋁奈米粉末中的至少一個。
在一些實施例中，奈米結構形成還原氣體可包括氨氣、氮氣以及氫氣中的至少一個。奈米結構形成碳氣體可包括乙炔、乙烯、乙醇、甲烷、碳氧化物以及苯中的至少一個。
在一些實施例中，形成金屬晶種層可包括形成銀晶種層。形成銀晶種層可包括在矽藻殼部分的表面上形成銀奈米結構。
矽藻殼部分可包括破碎的矽藻殼部分。矽藻殼部分可包括未破碎的矽藻殼部分。在一些實施例中，矽藻殼部分可經由矽 藻殼部分分離製程來獲得。舉例來說，所述製程可包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
製造銀墨水的方法可包含使紫外光敏感組分與具有銀奈米結構的多個矽藻殼部分在所述多個矽藻殼部分的表面上組合，所述表面包括多個穿孔。
在一些實施例中，製造銀墨水的方法可包括在多個矽藻殼部分的表面上形成銀晶種層。在一些實施例中，所述方法可包含在晶種層上形成銀奈米結構。
多個矽藻殼部分可包含多個破碎的矽藻殼部分。多個矽藻殼部分可包含多個矽藻殼片(diatom frustule flake)。
在一些實施例中，銀墨水在固化後可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中。在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個具有約250奈米至約350奈米的直徑。在一些實施例中，銀奈米結構可包括約10奈米至約500奈米的厚度。銀墨水可包括在約50重量百分比至約80重量百分比的範圍內的量的矽藻殼。
形成銀晶種層可包含在多個穿孔內的表面上形成銀晶種層，以形成多個鍍銀晶種的穿孔。形成銀晶種層可包含在多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成銀晶種層。
在一些實施例中，形成銀奈米結構可包括在多個穿孔內的表面上形成銀奈米結構，以形成多個鍍銀奈米結構的穿孔。形成銀奈米結構可包括在多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成 銀奈米結構。
在一些實施例中，紫外光敏感組分可對波長比多個穿孔的尺寸短的光輻射敏感。紫外光敏感組分可對波長比多個鍍銀晶種的穿孔及多個鍍銀奈米結構的穿孔中的至少一個的尺寸短的光輻射敏感。
在一些實施例中，使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合可包含使多個矽藻殼部分與光起始劑組合。舉例來說，光起始劑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、乙氧基化三羥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個。
在一些實施例中，使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合可包含使多個矽藻殼部分與光起始劑組合。光起始劑可包含2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基-1-丙酮及異丙基硫雜蒽酮中的至少一個。
在一些實施例中，使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合可包含使多個矽藻殼部分與極性乙烯單體組合。舉例來說，極性乙烯單體可包含N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己內醯胺中的至少一個。
製造銀墨水的方法可包括使多個矽藻殼部分與流變改質劑組合。在一些實施例中，製造銀墨水的方法可包括使多個矽藻殼部分與交聯劑組合。在一些實施例中，所述方法可包含使多個矽藻殼部分與流動及調平劑組合。在一些實施例中，所述方法可 包含使多個矽藻殼部分與黏合增強劑、濕潤劑以及降黏劑中的至少一個組合。
銀奈米結構可包含塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
在一些實施例中，形成銀晶種層可包括將循環加熱方案應用於第一銀供給組分及多個矽藻殼部分。
形成銀晶種層可包括使矽藻殼部分與晶種層溶液組合。舉例來說，晶種層溶液可包括第一銀供給組分及晶種層還原劑。
形成銀奈米結構可包括使矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合。在一些實施例中，形成銀奈米結構可包括在使矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合後，加熱矽藻殼部分。在一些實施例中，形成銀奈米結構可包括使用包括奈米結構形成溶劑及第二銀供給組分的滴定溶液滴定矽藻殼部分。
在一些實施例中，多個矽藻殼部分可經由矽藻殼部分分離製程來獲得。舉例來說，所述製程可包含使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
導電銀墨水可包含紫外光敏感組分。導電墨水可包含多個矽藻殼部分，在所述多個矽藻殼部分的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
多個矽藻殼部分可包含多個破碎的矽藻殼部分。多個矽藻殼部分可包含多個矽藻殼片。
在一些實施例中，銀墨水可沉積於具有約5微米至約15 微米厚度的層中(例如，在固化後)。在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個具有約250奈米至約350奈米的直徑。在一些實施例中，銀奈米結構可包括約10奈米至約500奈米的厚度。銀墨水可包括在約50重量百分比至約80重量百分比的範圍內的量的矽藻殼。
在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個可包括具有銀奈米結構的表面。
在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個包括具有銀晶種層的表面。在一些實施例中，多個矽藻殼部分的實質上所有表面可包括銀奈米結構。
在一些實施例中，紫外光敏感組分可對波長比多個穿孔的尺寸短的光輻射敏感。
在一些實施例中，導電銀墨水可通過紫外輻射固化。在一些實施例中，多個穿孔可具有足以允許紫外輻射通過的尺寸。導電銀墨水可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中(例如，在固化後)。
在一些實施例中，導電銀墨水可熱固化。
紫外光敏感組分可包含光起始劑。舉例來說，光起始劑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、乙氧基化三羥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個。
紫外光敏感組分可包含光起始劑。光起始劑可包含2-甲 基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基-1-丙酮及異丙基硫雜蒽酮中的至少一個。
在一些實施例中，紫外光敏感組分可包含極性乙烯單體。舉例來說，極性乙烯單體可包含N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己內醯胺中的至少一個。
導電銀墨水可包含流變改質劑、交聯劑、流動及調平劑、黏合增強劑、濕潤劑以及降黏劑中的至少一個。在一些實施例中，銀奈米結構可包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
製造銀膜的方法可包含固化包括紫外光敏感組分及多個矽藻殼部分的混合物，在所述多個矽藻殼部分的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
在一些實施例中，製造銀膜的方法可包括在多個矽藻殼部分的表面上形成銀晶種層。在一些實施例中，所述方法可包括在晶種層上形成銀奈米結構。在一些實施例中，所述方法可包含使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合而形成銀墨水。
多個矽藻殼部分可包括多個破碎的矽藻殼部分。多個矽藻殼部分可包括多個矽藻殼片。
在一些實施例中，銀墨水可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中(例如，在固化後)。在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個具有約250奈米至約350奈米的直徑。在一些實施例中，銀奈米結構可包括約10奈米至約500奈米的厚度。銀墨水 可包括在約50重量百分比至約80重量百分比的範圍內的量的矽藻殼。
形成銀晶種層可包括在多個穿孔內的表面上形成銀晶種層，以形成多個鍍銀晶種的穿孔。形成銀晶種層可包括在多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成銀晶種層。
形成銀奈米結構可包括在多個穿孔內的表面上形成銀奈米結構，以形成多個鍍銀奈米結構的穿孔。形成銀奈米結構可包括在多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成銀奈米結構。
在一些實施例中，固化混合物可包括使混合物曝露於波長比多個穿孔的尺寸短的紫外光。在一些實施例中，固化混合物可包括使混合物曝露於波長比多個鍍銀晶種的穿孔及多個鍍銀奈米結構的穿孔中的至少一個的尺寸短的紫外光。
在一些實施例中，固化混合物可包括熱固化混合物。
紫外光敏感組分可對波長比多個穿孔的尺寸短的光輻射敏感。在一些實施例中，紫外光敏感組分可對波長比多個鍍銀晶種的穿孔及多個鍍銀奈米結構的穿孔中的至少一個的尺寸短的光輻射敏感。
使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合可包括使多個矽藻殼部分與光起始劑組合。舉例來說，光起始劑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、乙氧基化三羥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個。
在一些實施例中，使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合可包括使多個矽藻殼部分與光起始劑組合。光起始劑可包含2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基-1-丙酮及異丙基硫雜蒽酮中的至少一個。
在一些實施例中，使多個矽藻殼部分與紫外光敏感組分組合可包括使多個矽藻殼部分與極性乙烯單體組合。極性乙烯單體可包含N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己內醯胺中的至少一個。
製造導電銀墨水的方法可包含使多個矽藻殼部分與流變改質劑組合。在一些實施例中，製造導電銀墨水的方法可包含使多個矽藻殼部分與交聯劑組合。在一些實施例中，所述方法可包括使多個矽藻殼部分與流動及調平劑組合。所述方法可包含使多個矽藻殼部分與黏合增強劑、濕潤劑以及降黏劑中的至少一個組合。
在一些實施例中，銀奈米結構可包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
在一些實施例中，形成銀晶種層可包括將循環加熱方案應用於第一銀供給組分及多個矽藻殼部分。
形成銀晶種層可包括使矽藻殼部分與晶種層溶液組合。舉例來說，晶種層溶液可包括第一銀供給組分及晶種層還原劑。
形成銀奈米結構可包括使矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合。在一些實施例中，形成銀奈米結構可包括在使矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合後，加熱矽藻殼部分。在一些實 施例中，形成銀奈米結構可包括使用包括奈米結構形成溶劑及第二銀供給組分的滴定溶液滴定矽藻殼部分。
在一些實施例中，多個矽藻殼部分可經由矽藻殼部分分離製程來獲得。舉例來說，所述製程可包含使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
導電銀膜可包含多個矽藻殼部分，在所述多個矽藻殼部分的每一個的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
在一些實施例中，多個矽藻殼部分可包括多個破碎的矽藻殼部分。多個矽藻殼部分可包含多個矽藻殼片。
在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個具有約250奈米至約350奈米的直徑。在一些實施例中，銀奈米結構可包括約10奈米至約500奈米的厚度。
在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個可包括具有銀奈米結構的表面。在一些實施例中，多個穿孔中的至少一個可包括具有銀晶種層的表面。多個矽藻殼部分的實質上所有表面可包括銀奈米結構。
在一些實施例中，銀奈米結構可包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
在一些實施例中，導電銀膜可包括黏合劑樹脂。
印刷能量儲存裝置可包含第一電極、第二電極和在第一電極與第二電極之間的隔離層，其中第一電極和第二電極中的至少一個可包含多個具有含錳奈米結構的矽藻殼。
在一些實施例中，矽藻殼具有實質上均一的性質，實質上均一的性質包含矽藻殼形狀、矽藻殼尺寸、矽藻殼孔隙率、矽藻殼機械強度、矽藻殼材料和矽藻殼破碎程度中的至少一個。
在一些實施例中，含錳奈米結構可包含錳的氧化物。錳的氧化物可包含氧化錳(II,III)。錳的氧化物可包含氧氫氧化錳(manganese oxyhydroxide)。
在一些實施例中，第一電極和第二電極中的至少一個可包含具有氧化鋅奈米結構的矽藻殼。氧化鋅奈米結構可包含奈米線和奈米板中的至少一個。
在一些實施例中，含錳奈米結構覆蓋矽藻殼的實質上所有表面。在一些實施例中，含錳奈米結構覆蓋矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋矽藻殼的其它表面，含錳奈米結構與含碳奈米結構相穿插。
能量儲存裝置的膜可包含具有含錳奈米結構的矽藻殼。
在一些實施例中，含錳奈米結構可包含錳的氧化物。錳的氧化物可包含氧化錳(II,III)。錳的氧化物可包含氧氫氧化錳。在一些實施例中，含錳奈米結構覆蓋矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋矽藻殼的其它表面，含錳奈米結構與含碳奈米結構相穿插。
在一些實施例中，至少一些含錳奈米結構可為奈米纖維。在一些實施例中，至少一些含錳奈米結構具有四面體形狀。
在一些實施例中，能量儲存裝置包含鋅-錳電池。
用於印刷膜的墨水可包含溶液，且具有含錳奈米結構的矽藻殼分散於溶液中。
在一些實施例中，含錳奈米結構可包含錳的氧化物。在一些實施例中，含錳奈米結構可包含MnO2、MnO、Mn2O3、MnOOH和Mn3O4中的至少一個。
在一些實施例中，至少一些含錳奈米結構可包含奈米纖維。在一些實施例中，至少一些含錳奈米結構具有四面體形狀。
在一些實施例中，含錳奈米結構覆蓋矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋矽藻殼的其它表面，含錳奈米結構與含碳奈米結構相穿插。
出於概述本發明及所取得的優於先前技術的優勢的目的，本文描述某些目標及優勢。當然，應瞭解所有所述目標或優勢不一定需要根據任何具體實施例來實現。因此，舉例來說，本領域技術人員應認識到，本發明可按照可實現或最佳化一個優勢或一組優勢而不一定實現其它目標或優勢的方式來實施或進行。
在此揭示的所有這些實施例意欲包含於本發明的範圍內。本領域技術人員將根據已參考附圖的以下實施方式而顯而易見這些及其它實施例，本發明不限於任何特定的所揭示實施例。
10‧‧‧矽藻殼
12‧‧‧多孔表面
14‧‧‧開口
20‧‧‧分離製程
50‧‧‧矽藻殼
52‧‧‧結構
60‧‧‧矽藻殼
60A‧‧‧矽藻殼片
62‧‧‧銀晶種
64‧‧‧銀奈米結構
70‧‧‧矽藻殼
72‧‧‧晶種
74‧‧‧奈米線
76‧‧‧奈米板
80‧‧‧矽藻殼
82‧‧‧奈米結構
90‧‧‧矽藻殼
92‧‧‧奈米結構(含錳奈米結構)
100‧‧‧能量儲存裝置
110‧‧‧集電體
120‧‧‧集電體
130‧‧‧隔離層
140‧‧‧第一電極
150‧‧‧第二電極
300‧‧‧隔離層
320‧‧‧矽藻殼
340‧‧‧電解質
360‧‧‧聚合物
400‧‧‧電極(電極層或膜)
420‧‧‧矽藻殼
460‧‧‧導電填充劑
參考某些實施例的圖式描述本發明的這些及其它特徵、方面 以及優勢，所述圖式意欲說明某些實施例而非限制本發明。
圖1為包括矽藻殼的矽藻土的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
圖2為包含多孔表面的實例矽藻殼的SEM圖像。
圖3為各具有實質上圓柱形的實例矽藻殼的SEM圖像。
圖4A及4B為矽藻殼分離製程的實例步驟的流程圖。
圖5A展示在外表面及內表面上皆包括結構的矽藻殼的實施例。
圖5B展示用銀接晶種的實例矽藻殼表面在50k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5C展示用銀接晶種的矽藻殼表面在250k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5D展示上面形成有銀奈米結構的矽藻殼表面在20k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5E展示上面形成有銀奈米結構的矽藻殼表面在150k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5F展示具有由銀奈米結構塗布的表面的矽藻殼片在25k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5G展示用氧化鋅接晶種的矽藻殼表面在100k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5H展示用氧化鋅接晶種的矽藻殼表面在100k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5I展示上面形成有氧化鋅奈米線的矽藻殼表面在50k×放 大倍率下的SEM圖像。
圖5J展示上面形成有氧化鋅奈米線的矽藻殼表面在25k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5K展示上面形成有氧化鋅奈米板的矽藻殼表面在10k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5L展示上面形成有銀奈米結構的矽藻殼表面在50k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5M展示上面形成有氧化鋅奈米線的矽藻殼表面在10k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5N展示上面形成有氧化鋅奈米線的矽藻殼表面在100k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5O展示上面形成有氧化錳奈米結構的矽藻殼表面在20k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5P展示上面形成有氧化錳奈米結構的矽藻殼表面在50k×放大倍率下的SEM圖像。
圖5Q展示形成於矽藻殼表面上的氧化錳奈米晶體的TEM圖像。
圖5R展示氧化錳粒子的電子衍射圖像。
圖5S展示上面形成有含錳奈米纖維的矽藻殼表面在10k×放大倍率下的SEM圖像。
圖6示意性說明能量儲存裝置的實施例。
圖7展示矽藻殼併入隔離層的能量儲存裝置的隔離層的實施 例。
圖8展示矽藻殼併入電極層的能量儲存裝置的電極的實施例。
雖然某些實施例及實例描述如下，但本領域技術人員應理解本發明擴展超出特定揭示的實施例和/或用途及其明顯修飾與等效物。因此，其目的在於本文中所揭示的本發明的範圍不應由如下所述的任何具體實施例限制。
用於對電子裝置供電的能量儲存裝置一般包含電池(例如可充電電池)、電容器以及超級電容器(例如EDLC)。能量儲存裝置可包括不對稱能量儲存裝置，包括例如電池-電容器混合裝置。能量儲存裝置可使用諸如網版印刷、輥對輥印刷、噴墨印刷等的印刷技術製造。印刷能量儲存裝置可有助於減小能量儲存裝置厚度，允許實現緊密能量儲存。印刷能量儲存裝置可通過促進例如能量儲存裝置的堆疊而允許增加能量儲存密度。增加能量儲存密度可促進將印刷能量儲存裝置用於具有大功率需求的應用，諸如太陽能儲存。與具有剛性外殼的能量儲存裝置不同，印刷能量儲存裝置可在可撓性基底上實施，使得允許實現可撓性能量儲存裝置。可撓性能量儲存裝置可促進製造諸如可撓性電子顯示媒體的可撓性電子裝置。由於減小的厚度和/或可撓性結構，印刷能量儲存裝置可給美容貼片、醫學診斷產品、遠端感測器陣列、智 慧卡、智慧包裝、智慧服裝、賀卡等供電。
印刷能量儲存裝置的可靠性及耐用性可能為阻礙印刷電池的採用增加的因素。印刷能量儲存裝置典型地缺少剛性外殼，因此印刷能量儲存裝置可能無法在使用或生產中經得起壓縮壓力或形變操作。能量儲存裝置層厚度響應於壓縮壓力或形變操作的變化可能不利地影響裝置可靠性。舉例來說，一些印刷能量儲存裝置包含由隔離層隔開的電極。隔離層厚度的偏差可能在電極之間引起短路，諸如當隔離層為可壓縮的且未能在壓縮壓力或形變操作下維持電極之間的分離時。
與製造印刷能量儲存裝置相關的成本也可為阻礙將印刷能量儲存裝置用於給較寬範圍的應用供電的因素。使用印刷技術的能量儲存裝置的可靠製造可促進有成本效益的能量儲存裝置的生產。能量儲存裝置的印刷可使得裝置印刷製程能夠整合至電子裝置(包含例如由印刷能量儲存裝置供電的印刷電子裝置)的生產中，從而可能進一步實現成本節約。然而，不適當的裝置結構堅固性可能阻礙在整個製造過程中的裝置完整性，降低一些印刷技術的可行性且妨礙印刷能量儲存裝置的有成本效益的生產。印刷能量儲存裝置層的厚度也可能妨礙在製造過程中使用某些印刷技術，例如歸因於裝置層厚度大於印刷技術可有效印刷的膜厚度。
如本文所述，矽藻殼可具有顯著機械強度或抗剪應力性，例如歸因於尺寸、形狀、孔隙率和/或材料。根據本文所述的一些實施，能量儲存裝置包含一或多個包括矽藻殼的組件，例如 印刷能量儲存裝置的一或多個層或膜。包括矽藻殼的能量儲存裝置可具有機械強度和/或結構完整性，使得能量儲存裝置能夠承受可能在製造或使用期間出現的壓縮壓力和/或形變操作而未毀壞，使得裝置可靠性可增加。包括矽藻殼的能量儲存裝置可抵抗層厚度的變化，使得能夠維持均一或實質上均一的裝置層厚度。舉例來說，包括矽藻殼的隔離層可通過維持電極之間的均一或實質上均一的間距以抑制或阻止裝置中的短路而承受壓縮壓力或形變操作，由此促進經改良的能量儲存裝置可靠性。
包括矽藻殼的能量儲存裝置中機械強度增加可促進使用不同印刷技術可靠地製造能量儲存裝置，由此允許實現有成本效益的裝置製造，歸因於產率增加和/或製造過程與由所述裝置供電的應用的生產過程的整合。
能量儲存裝置可使用包括矽藻殼的墨水印刷。舉例來說，印刷能量儲存裝置的一或多個膜可包括矽藻殼。具有矽藻殼的印刷能量儲存裝置的一或多個膜可可靠地印刷於多種基底上，包含(但不限於)可撓性或不可撓的基底、紡織物、裝置、塑膠、任何種類的薄膜(諸如金屬或半導體薄膜)、任何種類的紙、其組合和/或類似物。舉例來說，合適基底可包含石墨紙、石墨烯紙、聚酯薄膜(例如邁拉(Mylar))、聚碳酸酯薄膜、鋁箔、銅箔、不銹鋼箔、發泡碳(carbon foam)、其組合和/或類似物。歸因於某些所述印刷能量儲存裝置的可靠性增加，例如歸因於堅固性由於一或多個包括矽藻殼的層而增加，在可撓性基底上製造印刷能量 儲存裝置可允許實現可用於一系列廣泛裝置及實施的可撓性印刷能量儲存裝置。
包括矽藻殼的印刷能量儲存裝置的經改良的機械強度也可允許實現印刷裝置層厚度的減小。舉例來說，矽藻殼可為能量儲存裝置層提供結構支撐，使得較薄層能夠具有足以承受壓縮壓力或形變操作的結構堅固性，因而可減小總裝置厚度。印刷能量儲存裝置的厚度降低可進一步促進印刷裝置的能量儲存密度和/或允許實現印刷裝置的更廣泛使用。
包括矽藻殼的印刷能量儲存裝置可具有經改良的裝置效能，例如經改良的裝置效率。能量儲存裝置層的厚度減小可使得裝置效能能夠得以改良。能量儲存裝置的效能可至少部分視能量儲存裝置的內電阻而定。舉例來說，能量儲存裝置的效能可至少部分視第一與第二電極之間的間距而定。針對給定可靠性量度的隔離層膜厚度降低減小了第一與第二電極之間的距離，其可減小內電阻且改良能量儲存裝置的效率。能量儲存裝置的內電阻也可至少部分視第一與第二電極之間離子物種的遷移而定。矽藻殼表面的孔隙率可允許實現離子物種的遷移。舉例來說，包括矽藻殼的隔離層可使得能量儲存裝置的電極能夠在結構上更堅固的分離，同時促進電極之間離子物種的遷移。矽藻殼表面孔隙率可促進移動離子物種在第一電極與第二電極之間的直接通路，從而減小電阻和/或增加效率。包括矽藻殼的電極層的厚度減小及電極矽藻殼的孔隙率也可使得儲存裝置效能能夠得以改良。減小的電極 厚度可增加離子物種對電極內的活性材料的接近。電極中矽藻殼的孔隙率和/或導電性可促進電極內離子物種的遷移。電極中的矽藻殼也可通過例如充當上面可施用或形成活性材料和/或包括活性材料的結構的基底而允許實現增加活性材料的表面積且由此促進離子物種對活性材料的接近，而使得裝置效能能夠得以改良。
圖1為包括矽藻殼10的矽藻土的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。矽藻殼10具有大體上圓柱形，但一些矽藻殼為破碎的或呈不同形狀。在一些實施例中，圓柱形矽藻殼10具有約3微米至約5微米的直徑。在一些實施例中，圓柱形矽藻殼10具有約10微米至約20微米的長度。其它直徑和/或長度亦為可能的。矽藻殼10可具有顯著機械強度或抗剪應力性，例如歸因於架構(例如尺寸、形狀)、材料、其組合和/或類似物。舉例來說，矽藻殼10的機械強度可與矽藻殼10的大小呈逆相關。在一些實施例中，最長軸在約30微米至約130微米範圍內的矽藻殼10可承受約90微牛頓至約730微牛頓的壓縮力。
圖2為包含多孔表面12的實例矽藻殼10的SEM圖像。多孔表面12包含圓形或實質上圓形開口14。其它形狀的開口14亦為可能的(例如曲線形、多邊形、長條形等)。在一些實施例中，矽藻殼10的多孔表面12具有均一或實質上均一的孔隙率，例如包含具有均一或實質上均一的形狀、尺寸和/或間距的開口14(例如，如圖2中所示)。在一些實施例中，矽藻殼10的多孔表面12具有不同孔隙率，例如包含具有不同形狀、尺寸和/或間距的開口 14。多個矽藻殼10的多孔表面12可具有均一或實質上均一的孔隙率，或不同矽藻殼10的多孔表面12的孔隙率可不同。多孔表面12可包括奈米孔隙率，包含例如微孔隙率、中孔隙率和/或大孔隙率。
圖3為各具有圓柱形或實質上圓柱形的實例矽藻殼10的SEM圖像。矽藻殼特徵可在不同矽藻種類中不同，每一矽藻種類具有不同形狀、大小、孔隙率、材料和/或另一矽藻殼屬性的矽藻殼。可能為市售(例如來自澳大利亞堪培拉的希爾維亞山矽藻土有限公司(Mount Sylvia Diatomite Pty Ltd of Canberra,Australia)、佛羅里達勞德戴爾堡的美國百洲化學(Continental Chemical USA of Fort Lauderdale,Florida)、佐治亞州梅肯的林特國際有限責任公司(Lintech International LLC of Macon,Georgia)等)的矽藻土可充當矽藻殼的來源。在一些實施例中，根據預定矽藻殼特徵揀選矽藻土。舉例來說，揀選可使得矽藻殼各包含預定特徵，諸如形狀、尺寸、材料、孔隙率、其組合和/或類似特徵。揀選矽藻殼可包含一或多個分離製程，諸如過濾、篩出(例如使用振動篩根據矽藻殼形狀或大小分離)、涉及軸向渦流或離心技術的分離製程(例如用於根據矽藻殼密度分離)、任何其它的合適固體-固體分離製程、其組合和/或類似方法。矽藻殼也可為在獲得(例如自市售來源)時已根據矽藻殼特徵揀選的矽藻殼，使得矽藻殼已包括均一或實質上均一的形狀、大小、材料、孔隙率、另一預定矽藻殼屬性、其組合和/或類似特徵。舉例來說，可自一個地理 區域(例如，諸如美國、秘魯、澳大利亞等的國家區域；地球區域；等)和/或一類天然環境(例如淡水環境、咸水環境等)獲得的矽藻殼可包括典型地見於所述地理區域和/或環境的種類的矽藻殼，從而提供具有均一或實質上均一的形狀、大小、材料、孔隙率、另一預定矽藻殼屬性、其組合和/或類似物的矽藻殼。
在一些實施例中，分離製程可用於揀選矽藻殼，以便僅保留或實質上僅保留未破碎的矽藻殼。在一些實施例中，分離製程可用於去除破碎矽藻殼或小矽藻殼，產生具有特定長度和/或直徑的僅或實質上僅圓柱形矽藻殼10(例如，如圖3中所說明)。去除破碎矽藻殼的分離製程可包含諸如使用具有所選目徑的篩子篩出以僅保留或實質上僅保留具有預定尺寸的矽藻殼。舉例來說，篩子的目徑可經選擇以去除具有不超過約40微米、不超過約30微米、不超過約20微米或不超過約10微米且包含以上述值作為界限並包含上述值的範圍的尺寸(例如長度或直徑)的矽藻殼。其它篩目大小也可為合適的。
在一些實施例中，去除破碎矽藻殼的分離製程包含將超聲波應用於流體分散液中所置放的矽藻殼，包含例如超聲波處理，在此期間分散於水浴中的矽藻殼經受超聲波。可至少部分基於矽藻殼的一或多個屬性來調節聲波處理參數(諸如功率、頻率、持續時間和/或類似參數)。在一些實施例中，超聲波處理包含使用頻率在約20千赫(kHz)與約100kHz之間、在約30kHz與約80kHz之間以及在約40kHz與約60kHz之間的聲波。在一些實施例 中，超聲波處理可使用具有約20kHz、約25kHz、約30kHz、約35kHz、約40kHz、約45kHz以及以上述值作為界線且包含上述值的範圍的頻率的聲波。超聲波處理步驟可具有約2分鐘至約20分鐘、約2分鐘至約15分鐘以及約5分鐘至約10分鐘的持續時間。在一些實施例中，超聲波處理步驟可具有約2分鐘、約5分鐘、約10分鐘以及以上述值作為界線且包含上述值的範圍的持續時間。舉例來說，矽藻殼-流體樣品可經受在約35kHz的頻率下的超聲波持續約5分鐘。
在一些實施例中，分離製程包含沉降。舉例來說，分離製程可包含超聲波處理及沉降，使得矽藻殼-流體樣品的較重粒子可在超聲波處理期間自矽藻殼-流體樣品的懸浮相沉澱出。在一些實施例中，矽藻殼-流體樣品的較重粒子的沉降過程具有約15秒至約120秒、約20秒至約80秒以及約30秒至約60秒的持續時間。在一些實施例中，沉降具有不超過約120秒、不超過約60秒、不超過約45秒、不超過約30秒的持續時間。
去除破碎矽藻殼的分離製程可包含使用高速離心技術進行基於密度的物理分離，包含例如超速離心步驟。舉例來說，分離製程可包含矽藻殼-流體樣品的懸浮相的超速離心。超速離心參數(諸如角速度、持續時間和/或類似參數)可至少部分視懸浮相的組成(例如矽藻殼的密度)和/或所用設備的特性而定。舉例來說，懸浮相可在約10,000轉/分(RPM)至約40,000RPM、約10,000RPM至約30,000RPM、約10,000RPM至約20,000RPM以及約 10,000RPM至約15,000RPM的角速度下超速離心。懸浮相可超速離心約1分鐘至約5分鐘、約1分鐘至約3分鐘以及約1分鐘至約2分鐘的持續時間。舉例來說，矽藻殼-流體樣品的懸浮相可在約13,000RPM的角速度下超速離心約1分鐘。
圖4A及4B為矽藻殼分離製程20的實例步驟的流程圖。所述製程20可使得破碎和/或未破碎的矽藻殼能夠與包括例如破碎及未破碎的矽藻殼的固體混合物分離。在一些實施例中，分離製程20允許實現大規模矽藻殼揀選。
如本文所述，可存在用於奈米結構化材料和/或奈米裝置的兩個矽藻殼來源：活矽藻及矽藻土。矽藻可直接自自然界獲得或經培養。可在幾天內人工培養大量相同二氧化矽矽藻殼。為將天然矽藻用於奈米結構化材料和/或奈米裝置，可執行分離製程以使矽藻與其它有機材料和/或物質分離。另一途徑為使用矽藻土。沉降物為豐富的，且材料具有低成本。
矽藻土可具有範圍介於不同矽藻種類的混合物至單個矽藻種類的矽藻殼(例如包含一些淡水沉降物)。矽藻土可包括破碎和/或完整的矽藻殼外加不同來源的污染材料。視應用而定，吾人可僅使用完整的矽藻殼、僅使用破碎的矽藻殼，或使用兩者的混合物。舉例來說，當分離完整矽藻殼時，可使用具有一種矽藻殼的矽藻土。
在一些實施例中，一種分離方法包括使完整的矽藻殼與矽藻殼的碎片分離。在一些實施例中，分離製程包括根據共同矽 藻殼特性(例如包含長度或直徑的尺寸、形狀和/或材料)揀選完整的矽藻殼，和/或基於共同矽藻殼特性(例如包含長度或直徑的尺寸、形狀、破碎程度和/或材料)揀選矽藻殼的部分。舉例來說，分離製程可允許實現提取具有至少一個共同特性的多個矽藻殼或矽藻殼的部分。在一些實施例中，分離製程包括自矽藻殼和/或矽藻殼的部分去除具有不同化學來源的污染材料。
在長時間內保持不變的矽藻及矽藻殼有時用於生物學、生態學以及相關地球科學研究。已開發許多自水或沉降物提取矽藻殼的小樣品的途徑。沉降物(矽藻土)含有矽藻殼(破碎及未破碎的)以及碳酸鹽、雲母、黏土、有機物及其它沉積粒子。分離未破碎的矽藻殼可涉及三個主要步驟：去除有機殘餘物、去除不同化學來源的粒子、以及去除碎片。去除有機物可通過在漂白劑(例如過氧化氫和/或硝酸)中加熱樣品和/或在較高溫度下退火來實現。碳酸鹽、黏土以及其它可溶性非二氧化矽材料可通過鹽酸和/或硫酸去除。為了分離破碎及未破碎的矽藻殼，可應用若干技術：篩出、沉降及離心、與重質液體一起離心、以及分流側向輸送薄層分離池(split-flow lateral-transport thin separation cell)及其組合。所有這些途徑的問題可能通常為破碎及未破碎的矽藻殼的聚集，其可能削弱分離的品質和/或可能使得分離製程僅適用於實驗室規模樣品。
按比例擴大分離程序可使得矽藻殼能夠用作工業奈米材料。
在一些實施例中，可用於工業規模矽藻分離的分離程序包括分離具有至少一個共同特性的矽藻殼部分。舉例來說，共同特性可為未破碎的矽藻殼或破碎的矽藻殼。如圖4A及4B中所示的分離製程20為允許實現工業規模矽藻分離的實例分離程序。在一些實施例中，允許實現大規模矽藻分離的分離程序，使得能夠諸如通過使用界面活性劑和/或盤式堆疊離心機減少矽藻殼的聚結。在一些實施例中，使用界面活性劑可允許實現大規模分離。在一些實施例中，使用盤式堆疊離心機(例如乳脂分離機型離心製程)可允許實現大規模分離。舉例來說，使用界面活性劑分散矽藻殼連同使用盤式堆疊離心機來基於矽藻殼特性揀選矽藻殼可通過使得能夠減少矽藻殼的聚結而促進大規模矽藻分離。傳統的非盤式堆疊離心製程將引起矽藻殼沉降。棄去上清液(supernatant)，且將沉降矽藻殼再分散在溶劑中，此後離心將再次引起矽藻殼沉降。重複此製程直至實現所需分離。盤式堆疊離心製程可連續再分散且分離沉降矽藻殼。舉例來說，富於完整矽藻的相可被持續循環經過盤式堆疊離心機，從而變得愈來愈增濃。在一些實施例中，盤式堆疊離心機可使得破碎的矽藻殼能夠與未破碎的矽藻殼分離。在一些實施例中，盤式堆疊離心機可允許實現根據矽藻殼特性來揀選矽藻殼。舉例來說，盤式堆疊離心機可允許實現提取具有至少一個共同特性(例如尺寸、形狀、破碎程度和/或材料)的矽藻殼。
允許實現工業規模矽藻分離的分離程序，諸如圖4A及 4B中所示的分離製程20，可包含以下步驟：
1.包括矽藻殼和/或矽藻殼的部分的固體混合物(例如矽藻土)的粒子可為岩石且可分解為較小粒子。舉例來說，可減小固體混合物的粒徑以促進分離製程20。在一些實施例中，為了獲得粉末，可例如使用研缽及研杵、罐磨機、碎石機、其組合和/或類似物適度碾壓或研磨矽藻土。
2.在一些實施例中，可經由篩出步驟去除大於矽藻殼或矽藻殼的部分的矽藻土組分。在一些實施例中，在已碾壓矽藻土後執行篩出步驟。舉例來說，可篩出矽藻土粉末以去除比矽藻殼大的粉末粒子。在一些實施例中，可通過將固體混合物(例如經碾壓的矽藻土)分散於液體溶劑中而促進篩出。溶劑可為水和/或其它合適液體溶劑。可通過聲波處理包括固體混合物及溶劑的混合物來促進固體混合物分散於溶劑中。其它輔助分散的方法也可為合適的。在一些實施例中，分散液包括重量百分比在約1重量百分比至約5重量百分比、約1重量百分比至約10重量百分比、約1重量百分比至約15重量百分比、或約1重量百分比至約20重量百分比的範圍內的矽藻。可減小分散液中固體混合物的濃度，以促進篩出步驟去除大於矽藻的分散液粒子。篩孔視樣品中矽藻的大小而定。舉例來說，合適篩子可包括約20微米的目徑，或使得能夠自分散液去除固體混合物的大於矽藻的粒子的任何其它目徑(例如具有約15微米至約25微米、或約10微米至約25微米的目徑的篩子)。搖篩器可用於有效增加穿過篩子的流動。
3.在一些實施例中，分離製程包含純化步驟以便自矽藻(例如矽藻殼或矽藻殼的部分)去除有機污染物。去除有機污染物的合適製程可包括在漂白劑(例如硝酸和/或過氧化氫)中浸入和/或加熱矽藻，和/或在較高溫度下將矽藻退火。舉例來說，可在包括約10體積百分比至約50體積百分比(例如30體積百分比)過氧化氫的一定體積的溶液中加熱矽藻的樣品歷時約1分鐘至約15分鐘(例如10分鐘)。其它組成、濃度和/或持續時間可為合適的。舉例來說，所用溶液的組成、所用溶液的濃度和/或加熱的持續時間可視欲純化的樣品的組成(例如有機污染物和/或矽藻的類型)而定。在一些實施例中，可在溶液中加熱矽藻直至溶液停止或實質上停止起泡(例如表明有機污染物的去除完成或實質上完成)，以促進充分去除有機污染物。可重複在溶液中浸入和/或加熱矽藻直至有機污染物已被去除或實質上去除。
自有機污染物純化矽藻後可接著用水洗滌。在一些實施例中，可用液體溶劑(例如水)洗滌矽藻。可經由沉降製程(包含例如離心步驟)自溶劑分離矽藻。合適離心機技術可包含例如盤式堆疊離心機、傾析離心機、管式離心機、其組合和/或類似物。
4.在一些實施例中，分離製程包含純化步驟，以去除無機污染物。可通過將矽藻與鹽酸和/或硫酸混合來去除無機污染物。無機污染物可包含碳酸鹽、黏土以及其它可溶性非二氧化矽材料。舉例來說，矽藻的樣品可與包括約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸(例如約20體積百分比鹽酸)的一定體積溶液 混合約20分鐘至約40分鐘(例如約30分鐘)的持續時間。其它組成、濃度和/或持續時間可為合適的。舉例來說，所用溶液的組成、所用溶液的濃度和/或混合的持續時間可視欲純化的樣品的組成(例如無機污染物和/或矽藻的類型)而定。在一些實施例中，矽藻可混合於溶液中直至溶液停止或實質上停止起泡(例如表明無機污染物的去除完成或實質上完成)，以促進充分去除無機污染物。可重複將矽藻與溶液混合直至無機污染物已被去除或實質上去除。
自可溶性無機污染物純化矽藻後可接著用水洗滌。在一些實施例中，矽藻可用液體溶劑(例如水)洗滌。可經由沉降製程(包含例如離心步驟)自溶劑分離矽藻。合適離心機技術可包含例如盤式堆疊離心機、傾析離心機、管式離心機、其組合和/或類似物。
5.在一些實施例中，分離製程包括將矽藻殼分散於界面活性劑中。界面活性劑可促進矽藻殼和/或矽藻殼的部分彼此分離，從而減少矽藻殼和/或矽藻殼的部分的聚結。在一些實施例中，將添加劑用於減少矽藻的聚結。舉例來說，矽藻可分散於界面活性劑及添加劑中。在一些實施例中，可通過聲波處理包括矽藻、界面活性劑和/或添加劑的混合物來促進將矽藻分散於界面活性劑和/或添加劑中。
6.在一些實施例中，可通過濕篩製程提取破碎的矽藻殼片。舉例來說，可使用過濾製程。在一些實施例中，過濾製程 包括使用篩子去除較小片的破碎矽藻殼。篩子可包括適於去除較小片的破碎矽藻殼的目徑(例如7微米篩子)。濕篩製程可例如通過干擾沉降物聚結而抑制或阻止小沉降物在篩子的孔隙中積聚和/或允許小粒子通過篩子的孔隙。干擾聚結可包含例如對沉降在篩目上的材料的攪拌、起泡、震盪、其組合以及其類似物。在一些實施例中，過濾製程可連續經過一系列篩子(例如具有愈來愈小的孔隙或目徑)(例如在具有單個輸入及輸出的機器中的多個篩子)。
7.在一些實施例中，可使用矽藻殼在液體中的連續離心(乳脂分離機型機器)。舉例來說，可使用盤式堆疊離心機。此製程可用於根據共同特性分離矽藻，包含例如使破碎的矽藻殼片與未破碎的矽藻殼進一步分離。在一些實施例中，可重複盤式堆疊離心機步驟以實現所需分離(例如破碎的矽藻殼與未破碎的矽藻殼的所需分離程度)。
8.如本文所述，可在溶劑中洗滌矽藻殼，隨後為沉降製程(例如離心)以便自溶劑提取矽藻殼。舉例來說，離心可用於在每次洗滌步驟後和/或在最終使用前沉降矽藻殼或矽藻殼的部分。適用於在洗滌步驟後沉降矽藻殼的離心機技術可包含連續離心機，包含(但不限於)盤式堆疊離心機、傾析離心機和/或管式離心機。
已使用來自澳大利亞昆士蘭的希爾維亞山矽藻岩採礦有限公司(Mount Silvia Pty,Ltd.Diatomite mining company, Queensland,Australia)的淡水矽藻測試實例分離程序。樣品中的大部分矽藻殼具有一種矽藻，即直鏈矽藻屬(Aulacoseira sp)。所述矽藻殼具有圓柱形，具有約5微米直徑及10至20微米長度。
圖4A及4B中呈現的實例分離程序分離製程20的流程圖僅充當實例。流程圖中參數的數量是作為說明性實例而被提供(例如僅適於所選樣品)。舉例來說，對於不同類型的矽藻，數量可為不同的。
矽藻的表面可包含非晶矽石且可包含帶負電荷的矽烷醇基團。對於矽藻，由ζ電位量測發現的等電點可常常為約pH 2(例如與非晶矽石的等電點類似)。
在一些實施例中，界面活性劑可包括陽離子界面活性劑。合適陽離子界面活性劑可包含氯化苄烷銨、西曲溴銨、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨、苄索氯銨、苄索氯銨、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化銨、氫氧化四甲基銨、其混合物和/或類似物。界面活性劑可為非離子界面活性劑。合適非離子界面活性劑可包含：鯨蠟醇、硬脂醇、以及鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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/或類似物。
在一些實施例中，可添加一或多種添加劑以減少聚結。合適添加劑可包含：氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨、氫氧化鈉、其混合物和/或類似物。
矽藻殼可具有一或多個應用於矽藻殼表面的改質。在一些實施例中，矽藻殼可用作基底以便在矽藻殼的一或多個表面上形成一或多個結構。圖5A展示包括結構52的實例矽藻殼50。舉例來說，矽藻殼50可具有中空圓柱形或實質上圓柱形，且可在圓柱體的外表面及內表面上包括結構52。結構52可改變或影響矽藻殼50的特性或屬性，包含例如矽藻殼50的導電性。舉例來說，可通過在矽藻殼50的一或多個表面上形成導電結構52而使電絕緣矽藻殼50變得導電。矽藻殼50可包含包括銀、鋁、鉭、黃銅、銅、鋰、鎂、其組合和/或類似物的結構52。在一些實施例中，矽藻殼50包含包括ZnO的結構52。在一些實施例中，矽藻殼50包含包含其它含金屬化合物或氧化物的結構52。在一些實施例中，矽藻殼50包含包括半導體材料的結構52，所述半導體材料包含矽、鍺、矽鍺、砷化鎵、其組合和/或類似物。在一些實施例中，矽藻殼50在矽藻殼50的所有或實質上所有表面上包括表面改質結構52。
在矽藻殼50的表面上應用或形成的結構52可包括不同形狀、尺寸和/或其它屬性。矽藻殼50可包括具有均一或實質上均一的形狀、尺寸和/或另一結構52屬性的結構52。在一些實施例中，矽藻殼50可具有包含奈米線、奈米管、奈米薄片、奈米片、奈米球、奈米粒子、具有重萼狀的結構、其組合和/或類似物的結構52。在一些實施例中，奈米結構可具有長度為約0.1奈米(nm)至約1000nm的尺寸。在一些實施例中，尺寸為奈米結構的直徑。 在一些實施例中，尺寸為奈米結構的最長尺寸。在一些實施例中，尺寸為奈米結構的長度和/或寬度。矽藻殼表面上的奈米結構可促進具有增加的表面積的材料，有利地提供具有增加的表面積的材料，可在所述材料上出現電化學反應。在一些實施例中，矽藻殼可減少、阻止或實質上阻止製造方法和/或通過製造方法製造的產物(例如使用矽藻殼製造的電極，包括所述電極的裝置)中的奈米結構的聚結。奈米結構的聚結減少可有助於提供增加的電解質可接近的活性表面積(例如電極的增加的活性表面積，包括所述電極的裝置的較好電氣性能)。在一些實施例中，矽藻殼的表面的孔隙率可有助於電解質接近活性表面積，諸如有助於電解離子擴散到電極的活性表面(例如矽藻殼可具有約1奈米(nm)到約500nm的孔徑)。
可至少部分通過將矽藻殼50與包括所需材料的調配物組合以便允許將結構52塗布或接晶種於矽藻殼50的表面上而將結構52形成或沉積於矽藻殼50的表面上。
如本文所述，矽藻殼50的表面上的結構52可包括氧化鋅，諸如氧化鋅奈米線。在一些實施例中，可通過將矽藻殼50與包括乙酸鋅二水合物(Zn(CH3CO2)2．2H2O)及乙醇的溶液組合而將氧化鋅奈米線形成於矽藻殼50的表面上。舉例來說，具有0.005mol/L(M)濃度的乙酸鋅二水合物於乙醇中的溶液可與矽藻殼50組合，以便塗布矽藻殼50的表面。經塗布的矽藻殼50可隨後風乾且用乙醇沖洗。在一些實施例中，可隨後將乾燥的矽藻殼50退 火(例如在約350℃的溫度下)。可隨後使氧化鋅奈米線在經塗布的矽藻殼50的表面上生長。在一些實施例中，經退火的矽藻殼50維持在高於室溫的溫度下(例如維持在約95℃的溫度下)，以促進氧化鋅奈米線的形成。
矽藻殼50也可包括在矽藻殼50的表面上形成或沉積以改質矽藻殼50的特性或屬性的材料。舉例來說，可通過在矽藻殼50的一或多個表面上形成或施用導電材料而使電絕緣矽藻殼50變得導電。矽藻殼50可包含包括銀、鋁、鉭、黃銅、銅、鋰、鎂、其組合和/或類似物的材料。在一些實施例中，矽藻殼50包含包括ZnO的材料。在一些實施例中，矽藻殼50包含包括半導體材料的材料，所述半導體材料包含矽、鍺、矽鍺、砷化鎵、其組合和/或類似物。表面改質材料可在矽藻殼50的外表面和/或內表面上。在一些實施例中，矽藻殼50在矽藻殼50的所有或實質上所有表面上包括表面改質材料。
可部分經由使矽藻殼50與包含所需材料的調配物組合以便允許將材料塗布或接晶種於矽藻殼50的表面上而將材料形成或沉積於矽藻殼50的表面上。
如本文所述，材料可沉積於矽藻殼50的表面上。在一些實施例中，材料包括導電金屬，諸如銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅。在一些實施例中，使用包括銀的材料塗布矽藻殼50的表面至少部分包含使矽藻殼50與包括氨(NH3)及硝酸銀(AgNO3)的溶液組合。在一些實施例中，可按照與常用於製備托倫斯試劑 (Tollens'reagent)的製程類似的製程製備所述溶液。舉例來說，溶液的製備可包括添加氨至硝酸銀水溶液中以形成沉澱，隨後進一步添加氨直至沉澱溶解。可隨後將溶液與矽藻殼50組合。舉例來說，可將5毫升(mL)氨添加至150mL硝酸銀水溶液中，同時攪拌使得沉澱形成，隨後再添加5mL氨直至沉澱溶解。可隨後通過使溶液與0.5公克(g)矽藻殼50及葡萄糖水溶液(例如4g葡萄糖溶解於10mL蒸餾水中)組合來形成混合物。混合物可隨後置放於浸入維持在一定溫度下的浴(例如維持在約70℃的溫度下的溫水浴)中的容器中，以便促進矽藻殼50的塗布。
在矽藻殼或矽藻殼的部分上生長奈米結構
如本文所述，矽藻土為來自稱為矽藻的化石化微觀生物體的天然產生的沉降物。化石化微生物包括由高度結構化二氧化矽製成的硬矽藻殼，其大小常介於約1微米與約200微米之間。不同種類的矽藻具有不同三維形狀及特徵，其在不同來源間變化。
矽藻土可包含非常多孔、有磨蝕性和/或耐熱的材料。由於這些性質，矽藻土已具有廣泛應用，包含過濾、液體吸收、絕熱、作為陶瓷添加劑、柔和磨料、清潔劑、食品添加劑、化妝品等。
矽藻殼具有吸引人的奈米科學及奈米技術的特徵，即其具有天然產生的奈米結構：奈米孔、奈米腔以及奈米凸塊(例如，如圖1至圖3中所示)。視矽藻種類(例如大於105種)而定的矽藻殼形狀的豐度為另一吸引人的性質。構成矽藻殼的二氧化矽可 被有用物質塗布或被有用物質替換同時保留矽藻奈米結構。矽藻奈米結構可充當適用於許多製程及裝置的奈米材料：染料敏化太陽能電池、藥物遞送器、電致發光顯示器、Li離子電池的陽極、氣體感測器、生物感測器等。可使用SiO2的高溫氣體置換實現MgO、ZrO2、TiO2、BaTiO3、SiC、SiN以及Si的形成。
在一些實施例中，矽藻殼可塗有3D奈米結構。矽藻可塗布於內表面和/或外表面上，包含矽藻的奈米孔內部。塗層可能不精確保留矽藻結構。然而，塗層可本身具有奈米孔及奈米凸塊。所述二氧化矽矽藻殼/奈米結構複合物使用矽藻殼作為載體。奈米結構化材料可具有密集地接合在一起的小奈米粒子：奈米線、奈米球、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米盤和/或奈米帶。總的，複合物可具有極大表面積。
包括各種材料的奈米結構可形成於矽藻殼表面上。在一些實施例中，奈米結構包含金屬材料。舉例來說，形成於矽藻殼的一或多個表面上的奈米結構可包含鋅(Zn)、鎂(Mg)、鋁(Al)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鋰(Li)、鈉(Na)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、鎳(Ni)、銀(Ag)、其組合和/或類似物。在一些實施例中，奈米結構包括金屬氧化物。舉例來說，形成於矽藻殼表面上的奈米結構可包括氧化鋅(ZnO)、二氧化錳(MnO2)、氧化錳(II,III)(Mn3O4)、氧化錳(II)(MnO)、氧化錳(III)(Mn2O3)、***(HgO)、氧化鎘(CdO)、氧化銀(I,III)(AgO)、氧化銀(I)(Ag2O)、氧化鎳(NiO)、氧化鉛(II)(PbO)、氧化鉛(II,IV)(Pb2O3)、二氧 化鉛(PbO2)、氧化釩(V)(V2O5)、氧化銅(CuO)、三氧化鉬(MoO3)、氧化鐵(III)(Fe2O3)、氧化鐵(II)(FeO)、氧化鐵(II,III)(Fe3O4)、氧化銣(IV)(RuO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化銥(IV)(IrO2)、氧化鈷(II,III)(Co3O4)、二氧化錫(SnO2)、其組合和/或類似物。在一些實施例中，奈米結構包括其它含金屬化合物，包含例如氧氫氧化錳(III)(MnOOH)、氧氫氧化鎳(NiOOH)、氧化銀鎳(AgNiO2)、硫化鉛(II)(PbS)、氧化銀鉛(Ag5Pb2O6)、氧化鉍(III)(Bi2O3)、氧化銀鉍(AgBiO3)、氧化銀釩(AgV2O5)、硫化銅(I)(CuS)、二硫化鐵(FeS2)、硫化鐵(FeS)、碘化鉛(II)(PbI2)、硫化鎳(Ni3S2)、氯化銀(AgCl)、氧化銀鉻或鉻酸銀(Ag2CrO4)、磷酸氧化銅(II)(Cu4O(PO4)2)、氧化鋰鈷(LiCoO2)、金屬氫化物合金(例如LaCePrNdNiCoMnAl)、磷酸鋰鐵(LiFePO4或LFP)、過錳酸鋰(LiMn2O4)、二氧化鋰錳(LiMnO2)、Li(NiMnCo)O2、Li(NiCoAl)O2、氧氫氧化鈷(CoOOH)、氮化鈦(TiN)、其組合和/或類似物。
在一些實施例中，形成於矽藻殼表面上的奈米結構可包括非金屬或有機材料。在一些實施例中，奈米結構可包括碳。舉例來說，奈米結構可包括多壁和/或單壁碳奈米管、石墨烯、石墨、碳奈米-洋蔥、其組合和/或類似物。在一些實施例中，奈米結構可包括碳氟化合物(例如CFx)、硫(S)、導電n型/p型摻雜聚合物(例如導電n型/p型摻雜聚(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-亞乙 二氧基噻吩)和/或聚(對苯硫醚))、其組合和/或類似物。
形成於矽藻殼表面上的奈米結構可包含：1)銀(Ag)奈米結構；2)氧化鋅(ZnO)奈米結構；3)碳奈米管“森林”；和/或4)含錳奈米結構。如本文所述，具有在一或多個表面上形成的奈米結構的矽藻殼可用於能量儲存裝置，諸如電池及超級電容器、太陽能電池和/或氣體感測器。奈米結構可形成於未破碎的矽藻殼和/或破碎的矽藻殼的一或多個表面上。在一些實施例中，用於奈米結構形成製程中的矽藻殼或矽藻殼的部分可能已經由包括本文所述的分離步驟的分離程序(例如圖4A及4B中所示的分離製程20)加以提取。在一些實施例中，在奈米結構活性材料的生長之前，可用一或多種功能化化學品(例如矽氧烷、氟矽氧烷、蛋白質和/或界面活性劑)預處理矽藻殼。在一些實施例中，在奈米結構活性材料的生長之前，可用導電材料(例如金屬和/或導電碳)和/或半導體材料預塗布矽藻殼。舉例來說，可用銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、石墨烯、石墨、碳奈米管、矽(Si)、鍺(Ge)、含半導體合金(例如鋁-矽(AlSi)合金)、其組合和/或類似物預塗布矽藻殼。
在一些實施例中，使用兩步法生長奈米結構。第一步驟一般包含晶種在矽藻殼的表面上生長。晶種為直接結合(例如化學結合)於矽藻殼的表面的奈米結構，且可具有特定粒徑和/或均勻性。可提供能量以形成所述結合。接晶種製程可在高溫下進行和/或涉及可產生熱量或某其它形式的能量增益的其它技術。
形成奈米結構的第二步驟一般包含從晶種生長出最終奈米結構。預塗有晶種的矽藻殼可在一定條件下浸於初始材料的環境中。奈米結構可包含奈米線、奈米板、緻密奈米粒子、奈米帶、奈米盤、其組合和/或類似物中的一或多者。外觀尺寸可視奈米結構生長的條件而定(例如，奈米結構的形態可視在晶種層上形成奈米結構期間的一或多個生長條件而定，包含例如生長溫度、加熱型樣、在奈米結構生長期間包含化學添加劑、和/或其組合)。
在矽藻殼的表面上形成Ag奈米結構的實例製程
初始的使用銀(或晶種)塗布二氧化矽可通過使用微波、超聲波處理、表面改質還原Ag+鹽和/或使用還原劑還原硝酸銀(AgNO3)來實現。
晶種生長步驟可包含將銀鹽及還原劑溶解於溶劑中(例如還原劑及溶劑可為相同物質)且將經純化的矽藻分散於混合物中。在溶解期間和/或之後，可應用如混合、攪拌、加熱、超聲波處理、微波、其組合和/或類似物的物理力。晶種層生長過程可在不同量的時間內發生。
在矽藻殼的表面上生長Ag晶種的實例
實例1包含以下步驟：將0.234g經純化的矽藻、0.1g AgNO3以及50mL在60℃下熔融的PEG 600(聚乙二醇)混合於燒杯中。在一些實施例中，可通過循環加熱方案加熱包括乾淨矽藻、銀供給組分(例如硝酸銀)以及還原劑的混合物。在一些實施例中，還原劑及溶劑可為相同物質。舉例來說，混合物可被加 熱約20分鐘至約40分鐘，每分鐘自約100瓦至約500瓦交替加熱。舉例來說，通過微波加熱包括乾淨矽藻、硝酸銀以及熔融PEG的混合物約30分鐘。微波功率每分鐘自100瓦變成500瓦以防止過度加熱混合物。一些市售微波允許使用者確定在特定持續時間後內容物的溫度，和/或確定在不同持續時間後的多個溫度(例如以定義溫度斜率)，在此期間微波控制功率以獲得結果。舉例來說，微波可確定在2分鐘內將50mL水加熱至85℃比在1分鐘內將50mL水加熱至85℃所需的功率低，且可在加熱過程期間，例如基於溫度感測器進行此調節。另舉一例，微波可確定在2分鐘內將50mL水加熱至85℃比在2分鐘內將100mL水加熱至85℃所需的功率低，且可在加熱過程期間，例如基於溫度感測器進行此調節。將矽藻離心且用乙醇洗滌。晶種圖解於圖5B及圖5C中。
實例2包含以下步驟：將45mL N,N-二甲基甲醯胺、0.194g 6,000MW PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、5mL 0.8mM AgNO3水溶液以及0.1g經過濾及純化的矽藻混合於燒杯中。將超聲波處理器(例如13毫米直徑、20千赫、500瓦)的尖端置於混合物中且將具有混合物的燒杯置於冰浴中。尖端振幅設定在100%。聲波處理持續30分鐘。在程序後於乙醇中使用水浴超聲波處理及在3,000RPM下離心5分鐘將矽藻清潔兩次。接著再重複所述製程兩次直至在矽藻上看見晶種。
圖5B展示在矽藻殼60的表面上形成的銀晶種62在50k×放大倍率下的SEM圖像。圖5C展示在矽藻殼60的表面上形成的 銀晶種62在250k×放大倍率下的SEM圖像。
在銀接晶種的矽藻殼表面上形成銀奈米結構的實例
使用銀進一步塗布接晶種的矽藻殼可在氬氣(Ar)氛圍下進行以抑制氧化銀形成。在一些實施例中，矽藻殼部分可經燒結(例如加熱至約400℃至約500℃的溫度)以從氧化銀獲得銀，氧化銀可能已在矽藻殼部分的一或多個表面上形成(包含在所述製程期間所形成的氧化銀)，以使用銀進一步塗布接晶種的矽藻殼部分。舉例來說，可對用於製造導電銀墨水(例如如本文所述的紫外光(UV)可固化導電銀墨水)的矽藻殼部分執行矽藻殼部分的燒結。在一些實施例中，可在經組態以促進氧化銀還原成銀的氛圍(例如氫氣)下燒結。燒結導電銀墨水所包括的矽藻殼部分以從氧化銀獲得銀可改良導電銀墨水的導電性，例如因為銀比氧化銀更導電和/或因為可增加銀-銀接觸(例如與銀-氧化銀接觸和/或氧化銀-氧化銀接觸相比)。從氧化銀獲得銀的其它方法也可適當代替燒結或與燒結組合，包含例如包括化學反應的製程。
在晶種層上形成奈米結構可包含銀鹽、還原劑以及溶劑。可應用混合步驟、加熱步驟和/或滴定步驟(例如以促進奈米結構生長過程的組分的相互作用)以便在晶種層上形成奈米結構。
在晶種層上形成奈米結構(例如形成厚銀塗層)的製程的實例包含以下製程：將5mL 0.0375M PVP(6,000MW)水溶液置於一個注射器中，且將5mL 0.094M AgNO3水溶液置於另一注射器中。將 0.02g經洗滌及乾燥的接晶種矽藻與加熱至約140℃的5mL乙二醇混合。使用注射泵以約0.1毫升每分鐘(mL/min)的速率用銀鹽(例如AgNO3)及PVP溶液滴定矽藻。在滴定完成後，攪拌混合物約30分鐘。接著，使用乙醇、水浴超聲波處理以及離心洗滌矽藻(例如洗滌兩次)。
圖5D及圖5E展示已在矽藻殼60的表面上形成銀奈米結構64的實例的SEM圖像。圖5D及圖5E展示具有厚奈米結構化塗層及大表面積的矽藻殼60。圖5D為矽藻殼表面在20k×放大倍率下的SEM圖像，而圖5E展示矽藻殼表面在150k×倍放大倍率下的SEM圖像。圖5L為表面上具有銀奈米結構64的矽藻殼60在50k×放大倍率下的另一SEM圖像。在圖5L中可見矽藻殼60的厚奈米結構塗層。
適用於Ag生長的還原劑的實例包含用於銀無電沉積的常見還原劑。用於銀無電沉積的一些合適還原劑包含肼、甲醛、葡萄糖、酒石酸鈉、草酸、甲酸、抗壞血酸、乙二醇、其組合和/或類似物。
合適Ag+鹽及氧化物的實例包含銀鹽。最常用銀鹽可溶於水(例如AgNO3)。合適銀鹽可包含AgNO3的銨溶液(例如Ag(NH3)2NO3)。在一些實施例中，可使用任何銀(I)鹽或氧化物(例如可溶和/或不可溶於水)。舉例來說，氧化銀(Ag2O)、氯化銀(AgCl)、氰化銀(AgCN)、四氟硼酸銀、六氟磷酸銀、乙硫酸銀、其組合和/或類似物也可為合適的。
合適溶劑可包含：水、醇，諸如甲醇、乙醇、N-丙醇(包含1-丙醇、2-丙醇(異丙醇或IPA)、1-甲氧基-2-丙醇)、丁醇(包含1-丁醇、2-丁醇(異丁醇))、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)、四氫糠醇(THFA)、環己醇、環戊醇、萜品醇；內酯，諸如丁內酯；醚，諸如甲基乙基醚、***、乙基丙基醚以及聚醚；酮，包含二酮及環酮，諸如環己酮、環戊酮、環庚酮、環辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙醯丙酮、苯乙酮、環丙酮、異佛酮、甲基乙基酮；酯，諸如乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、乙酸甘油酯、羧酸酯；碳酸酯，諸如碳酸丙烯酯；多元醇(或液體多元醇)、甘油以及其它聚合多元醇或二醇類，諸如甘油、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、對薄荷烷-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、四氫呋喃(THF)、二甲基甲醯胺(DMF)、N-甲基甲醯胺(NMF)、二甲亞碸(DMSO)；亞硫醯氯；硫醯氯、其組合和/或類似物。
在一些實施例中，溶劑也可充當還原劑。
製造低成本UV可固化銀-矽藻導電墨水的實例方法
熱可固化銀片及銀奈米粒子導電墨水可購自多個製造 商，諸如漢高公司(Henkel Corp.)、普銳公司(Spraylat Corp.)、導電化合物公司(Conductive Compounds,Inc.)、杜邦公司(DuPont,Inc.)、創新材料公司(Creative Materials Corp.)等。更不常見的產品為可用紫外(UV)光固化的銀導電墨水。僅幾個供應商(例如漢高公司)供應所述墨水。UV可固化銀導電墨水可常常由於關於導電性的每平方公尺高銀裝載量及高成本而極貴。電導率可幾乎等於以相同濕膜厚度施用的熱固化銀導電墨水的電導率的5分之一至10分之一。
明確需要與當前可獲得的UV可固化墨水相比具有至少相同或較佳電導率的低成本UV可固化銀。一些UV可固化銀可能未充分利用墨水中所存在的銀量，因此需要開發與當前UV可固化銀墨水相比具有類似或較佳電導率和/或固化率的使用少得多的銀的銀墨水。
開發UV可固化銀的難題可歸因於銀的UV吸收性質。在熱固化銀墨水中，通過使銀片間接觸面積達到最大，具有高縱橫比的銀片可用於產生最高電導率。若將此類銀片與適合於導電墨水的UV可固化樹脂系統混合，使用印刷或其它塗布製程施用於表面且隨後曝露於UV光，在UV光可散射穿過銀墨水的濕層之前，大部分UV光可由銀吸收。銀片的UV吸收可妨礙或阻止在濕墨水薄膜中發生UV光啟始的聚合(例如妨礙或阻止超出某一深度的濕墨水的UV光啟始的聚合)。墨水薄膜的聚合減少可導致銀墨水的不完全固化層，其可能不黏著於基底，例如歸因於銀墨水 層的最底層部分未固化且濕潤。較低縱橫比銀粒子可用於UV可固化銀墨水中，以便通過增加穿過所施用銀墨水層的可能光散射路徑的數目而在整個所施用銀墨水層中獲得合適固化。低縱橫比粒子具有減小的表面積，此可減小片間接觸面積且又可相對於在使用高縱橫比片的情況下可能實現的電導率減小固化薄膜的電導率。若此固化問題可得以解決，具有較高電導率的較大縱橫比銀片可用於銀墨水，從而可改良所得銀膜的電導率和/或減少用以獲得高電導率的銀量。
在一些實施例中，不導電基底(例如矽藻殼部分，諸如矽藻殼片)可鍍銀。UV光可通過矽藻殼片的本體的一或多個表面上的穿孔。在銀墨水中使用鍍銀矽藻片可促進銀墨水固化，從而允許實現在銀墨水中使用高縱橫比片。在一些實施例中，包括鍍銀矽藻殼的銀墨水可使得固化銀墨水的電導率能夠增加，而同時降低墨水的成本。
在一些實施例中，用於銀墨水中的矽藻殼的部分(例如破碎的矽藻殼)可經純化且與完整矽藻粒子分離，且矽藻殼的部分的一或多個表面可用銀無電塗布，例如根據本文所述的方法。
矽藻表面可按照孔洞或開口的規則圖案(例如包含約300奈米直徑的孔洞)穿孔，即使當塗有銀時亦然。開口可大到足以允許UV波長散射穿過塗銀的矽藻粒子。塗銀的破碎的矽藻可包括呈高縱橫比穿孔片形式的碎片。圖5F展示塗有Ag奈米結構(例如銀奈米結構64)的矽藻殼碎片(例如矽藻殼片60A)的SEM圖 像。
在一些實施例中，塗銀的穿孔矽藻片可用於製造UV-銀墨水，當使用適中厚度的墨水(例如具有約5微米至約15微米的厚度的銀墨水)時，所述UV-銀墨水可固化，即使導電粒子具有高縱橫比且因此具有大表面積亦然。通過增加片間電接觸的數目，矽藻殼片的大表面積可產生極好的片間電導率，從而產生非常導電的墨水，所述墨水實質上僅使用獲得所需薄片電導率所需的量的銀，而其餘體積由便宜的矽藻填充劑材料及UV黏合劑樹脂佔據。
銀奈米結構可覆蓋矽藻殼的實質上所有表面，包含矽藻殼穿孔的內表面，但未阻斷穿孔(例如，穿孔及矽藻殼表面的一或多個表面可鍍有銀奈米結構和/或銀晶種層)。Ag塗布的矽藻片中的穿孔可允許UV輻射通過矽藻片，從而促進固化至所施用銀墨水薄膜內的較深深度，同時允許電流直接自所述片的一側經由穿孔傳導至另一側。貫穿所述片的傳導路徑的長度減小可減小由銀墨水製成的固化薄膜的總電阻。
實例UV光誘發可聚合墨水調配物可包含下列組分。在一些實施例中，具有矽藻殼片的銀墨水可通過組合下列組分來製造，包含例如使在一或多個表面上形成有銀奈米結構的多個矽藻殼部分(例如矽藻殼片)與下列的一或多種其它銀墨水組分組合。可通過使用UV光源固化銀墨水來製造銀薄膜。
1)矽藻，多種種類的任一個，鍍(例如其上形成有奈米 結構)有約10奈米至約500奈米厚的Ag塗層。Ag塗層的厚度可視矽藻穿孔的孔徑而定。調配物中的比率可在約50重量%與約80重量%之間。可使用其片段的實例矽藻種類為直鏈矽藻屬1。
2)對銀具有良好親和性的極性乙烯單體，諸如N-乙烯基-吡咯烷酮或N-乙烯基己內醯胺。
3)具有良好伸長性質作為流變改質劑且用以改良固化薄膜的可撓性的丙烯酸酯寡聚物。
4)作為交聯劑以便經由增加交聯產生更堅韌、更抗溶劑的固化薄膜的一或多個雙官能或三官能丙烯酸酯單體或寡聚物。這些材料可經選擇以充當光起始劑，可改良表面固化。實例可包含乙氧基化或丙氧基化己二醇丙烯酸酯，諸如沙多瑪CD560®；乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，可例如以產品碼SR454®購自沙多瑪；或三聚氰酸三烯丙酯，可例如以產品碼SR507A®購自沙多瑪。丙烯酸胺增效劑可為選項，且實例可包含沙多瑪CN371®及沙多瑪CN373®。
5)用以減少起泡且改良濕墨水品質的丙烯酸酯類流動及調平劑(例如合適流動及調平劑可包含Modaflow 2100®、Modaflow 9200®)。經改良的濕墨水品質又可改良固化銀墨水薄膜品質。
6)適於顏料裝載墨水系統的一或多個光起始劑。在一些實施例中，至少一種光起始劑對接近或小於鍍銀矽藻片的平均孔徑的波長敏感，因此UV光子可通過孔以便起始所述片下方的聚 合和/或散射穿過另一鍍銀矽藻片中的穿孔，從而甚至更深地透入未固化薄膜中以起始其中的聚合。光起始劑的實例可包含Ciba Irgacure 907®及異丙基硫雜蒽酮(ITX，可以商品名Speedcure ITX®購自英國拉姆森(Lambson,UK))。
7)視情況選用的黏著性促進丙烯酸酯(例如丙烯酸2-羧基乙基酯)。
8)用以降低表面張力且改良片濕潤的視情況選用的濕潤劑(例如DuPont Capstone FS-30®及DuPont Capstone FS-31®)。
9)用以抑止由銀金屬存在觸發的提前聚合的視情況選用的UV穩定劑(例如氫醌及甲基乙基氫醌(MEHQ))。
10)視情況選用的低沸點溶劑，用於降低黏度以便促進將銀墨水調配物用於高速塗布製程，包含諸如柔版印刷、凹板印刷、其組合和/或類似物的製程。
在一些實施例中，可熱固化包括矽藻殼部分的銀墨水。在一些實施例中，銀墨水可暴露於熱源。舉例來說，可加熱銀墨水以促進銀墨水的聚合物組分之間的聚合反應。在一些實施例中，銀墨水的熱固化可促進去除溶劑組分。舉例來說，銀墨水可暴露於熱源以使銀墨水的溫度升高超過銀墨水溶劑組分的沸點，從而促進去除溶劑組分。
在矽藻殼的表面上形成氧化鋅(ZnO)奈米結構的實例製程
基底上的ZnO晶種一般使用噴塗或旋塗膠狀ZnO或熱分 解鋅鹽溶液來沉積。舉例來說，熱分解乙酸鋅前驅體可提供垂直方向上良好對準的ZnO奈米線。
從晶種生長ZnO奈米結構可通過在鹼性溶液中水解Zn鹽來實現。所述製程可在室溫下或在較高溫度下進行。微波加熱可顯著加速奈米結構的生長。視生長參數而定，觀察到不同奈米結構(例如，奈米結構的形態可視在晶種層上形成奈米結構期間的一或多個生長條件而定，包含例如生長溫度、加熱型樣、在奈米結構生長期間包含化學添加劑和/或其組合)。舉例來說，化學添加劑可用於獲得所需形態的奈米結構。ZnO奈米結構也可經摻雜以控制其半導電性質。
在矽藻殼的表面上生長ZnO晶種的實例製程
1.構建ZnO的晶種可通過將0.1g經純化的矽藻及10mL 0.005M Zn(CH3COO)2(例如鋅供給組分)乙醇溶液的混合物加熱至約200℃(例如包含約175℃至約225℃)直至乾燥來實現。接ZnO晶種的矽藻殼表面各在100k×放大倍率下的SEM圖像展示於圖5G及圖5H中。圖5G及圖5H展示在矽藻殼70的表面上形成的包括ZnO的晶種72的SEM圖像。圖5G展示具有包括氧化鋅的晶種72的矽藻殼表面在100k×放大倍率下的SEM圖像。圖5H展示具有包括氧化鋅的晶種72的矽藻殼表面在100k×放大倍率下的SEM圖像。
在矽藻殼的接ZnO晶種的表面上生長ZnO奈米結構的實例製程
2. ZnO奈米結構生長是在0.1g接晶種的矽藻殼與10mL 0.025M ZnNO3(例如鋅供給組分)及0.025M六亞甲基四胺溶液(例如鹼性溶液)水溶液的混合物中進行。在攪拌板上加熱混合物至約90℃(例如包含約80℃至約100℃)約兩小時(例如包含約一小時至約三小時)，或通過使用循環加熱程序(例如微波加熱)持續約10分鐘(例如包含持續約5分鐘至約30分鐘)，其中樣品是通過約500瓦功率(例如包含約480瓦至約520瓦)加熱約2分鐘(例如包含約30秒至約5分鐘、約1分鐘至約5分鐘、約5分鐘至約20分鐘)，且隨後關閉加熱約1分鐘(例如包含約30秒至約5分鐘)，之後在500瓦下重複加熱。在矽藻殼70的內表面及外表面上的所得奈米線74展示於圖5I及圖5J中。圖5I展示在矽藻殼70的內表面及外表面上形成的ZnO奈米線74在50k×放大倍率下的SEM圖像。在一些實施例中，ZnO奈米線74可在矽藻殼70內部的表面的部分上形成。舉例來說，ZnO奈米線74可在矽藻殼70內部的所有或實質上所有表面上形成。ZnO奈米線74可在矽藻殼70的所有或實質上所有內表面及外表面上形成。本發明的附圖證明了奈米結構(例如ZnO奈米線)在矽藻殼上的生長(包含奈米結構(例如ZnO奈米線)在矽藻殼內部的生長)為可能的。例如與包括僅在基底外側形成的ZnO奈米結構的材料(例如墨水或由其印刷的層)相比，使用ZnO奈米結構塗布矽藻殼的所有或實質上所有面可增加包括塗有ZnO奈米結構的矽藻殼的材料(例如墨水或由其印刷的層)的電導率(例如增加體積電導率 和/或薄片電導率)。圖5J展示在矽藻殼70的表面上形成的ZnO奈米線74在25k×放大倍率下的SEM圖像。圖5M和圖5N是一或多個表面上具有ZnO奈米線74的矽藻殼70的其它SEM圖像。圖5M為矽藻殼70在10k×放大倍率下的SEM圖像。圖5N為矽藻殼70在100k×放大倍率下的SEM圖像。ZnO奈米線74的多面、多邊形橫截面和棒狀結構和其與矽藻殼70的表面的連接可更明顯地可見於圖5N中。當在100瓦微波中進行加熱(例如包含約80瓦至約120瓦；且打開約2分鐘，接著關閉約1分鐘且重複總共約10分鐘的持續時間)時，可在矽藻殼70的表面上形成奈米板76(例如，如圖5K中所示)。
可用於ZnO接晶種及奈米結構生長的合適Zn鹽的實例包含：乙酸鋅水合物、硝酸鋅六水合物、氯化鋅、硫酸鋅、鋅酸鈉、其組合和/或類似物。
適用於ZnO奈米結構生長的鹼的實例可包含：氫氧化鈉、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化四甲銨、氫氧化鋰、六亞甲基四胺、氨溶液、碳酸鈉、乙二胺、其組合和/或類似物。
適用於形成ZnO奈米結構的溶劑的實例包含一或多種醇。本文描述為適用於Ag奈米結構生長的溶劑也可適用於ZnO奈米結構形成。
可用於奈米結構形態控制的添加劑的實例可包含三丁胺、三乙胺、三乙醇胺、二異丙胺、磷酸銨、1,6-己二醇、三乙基二乙醇、異丙胺、環己胺、正丁胺、氯化銨、六亞甲基四胺、乙 二醇、乙醇胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸鈉、溴化十六烷基三甲銨、尿素、其組合和/或類似物。
在矽藻殼的表面上形成碳奈米管的實例製程
可通過化學氣相沉積技術及其變化而在矽藻表面(例如內部和/或外部)上生長碳奈米管(例如多壁和/或單壁)。在此技術中，首先用催化劑晶種塗布矽藻且隨後引入氣體混合物。一種氣體可為還原氣體，且另一氣體可為碳來源。在一些實施例中，可使用氣體混合物。在一些實施例中，可包含中性氣體以用於濃度控制(例如氬氣)。氬氣也可用於攜帶液體含碳材料(例如乙醇)。用於形成碳奈米管的晶種可通過諸如噴塗的技術沉積為金屬，和/或由液體、氣體和/或固體引入且隨後在高溫下通過熱解進行還原。含碳氣體的還原可發生在較高溫度下，例如在約600℃至約1100℃的範圍內。
由於奈米孔隙率，晶種塗布製程及氣體反應均可在矽藻殼表面上實現。已開發用於在不同基底上生長碳奈米管“森林”的技術，所述基底包含矽、氧化鋁、氧化鎂、石英、石墨、碳化矽、沸石、金屬以及二氧化矽。
適用於生長催化劑晶種的金屬化合物的實例可包含鎳、鐵、鈷、鈷-鉬雙金屬粒子、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、錳(Mn)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鉻(Cr)、銻(Sn)、鋁-鐵-鉬(Al/Fe/Mo)、五羰基鐵(Fe(CO)5)、硝酸鐵(III)六水合物(Fe(NO3)3．6H2O)、硝酸鐵(III)六水合物(CoCl2．6H2O)、鉬酸 銨四水合物((NH4)6Mo7O24．4H2O)、鉬酸銨四水合物(MoO2Cl2)、氧化鋁奈米粉末、其混合物和/或類似物。
合適還原氣體的實例可包含氨氣、氮氣、氫氣、其混合物和/或類似物。
可充當碳來源的合適氣體(例如含碳氣體)的實例可包含乙炔、乙烯、乙醇、甲烷、碳氧化物、苯、其混合物和/或類似物。
在矽藻殼的表面上形成含錳奈米結構的實例製程
在一些實施例中，含錳奈米結構可形成於矽藻殼的一或多個表面上。在一些實施例中，錳的氧化物可形成於矽藻殼的一或多個表面上。舉例來說，包括二氧化錳(MnO2)、氧化錳(II,III)(Mn3O4)、氧化錳(II)(MnO)、氧化錳(III)(Mn2O3)和/或氧氫氧化錳(MnOOH)的奈米結構可形成於矽藻殼的一或多個表面上。在一些實施例中，能量儲存裝置的膜可包含具有含錳奈米結構的矽藻殼。在一些實施例中，印刷能量儲存裝置(例如電池、電容器、超級電容器和/或燃料電池)可包含一或多個具有多個包括含錳奈米結構的矽藻殼的電極。在一些實施例中，用於印刷膜的墨水可包括在其中分散包括含錳奈米結構的矽藻殼的溶液。
在一些實施例中，電池的一或多個電極可包含在一或多個表面上包括含錳奈米結構的矽藻殼(例如鋅-錳電池的電極)。充電電池可包含第一電極，包含包括包括二氧化錳(MnO2)的奈米結構的矽藻殼，和第二電極，包括鋅(例如包括鋅塗層的矽藻 殼)。在一些實施例中，第二電極可包括其它材料。非荷電電池可包含第一電極，包含包括包括氧化錳(II,III)(Mn3O4)、氧化錳(II)(MnO)、氧化錳(III)(Mn2O3)和/或氧氫氧化錳(MnOOH)的奈米結構的矽藻殼，和第二電極，包含氧化鋅(ZnO)(例如包括包括氧化鋅的奈米結構的矽藻殼)。在一些實施例中，非荷電電池的第二電極可包括其它材料。
在矽藻殼部分上形成含錳奈米結構的方法可包含添加矽藻殼到氧化的乙酸錳溶液中，和加熱矽藻殼和氧化的乙酸錳溶液。提供在矽藻殼的一或多個表面上形成Mn3O4的方法的實例。舉例來說，純水(例如可商購自馬薩諸塞州比勒利卡的EMD密理博公司(EMD Millipore Corporation,Billerica,MA)的純水)可用氧氣(O2)鼓泡約10分鐘(min)到約60min(例如O2吹掃)的持續時間以形成氧化的水。乙酸錳(II)(Mn(CH3COO)2)可隨後以約0.05摩爾/升(M)到約1.2M的濃度溶解於氧化的水中以形成氧化的乙酸錳溶液。
矽藻殼可添加到氧化的乙酸錳溶液中。添加到氧化的乙酸錳溶液中的矽藻殼可在矽藻殼表面上不具有任何先前形成的奈米結構和/或塗層。在一些實施例中，添加到氧化的乙酸錳溶液中的矽藻殼可在矽藻殼表面上具有一或多個奈米結構和/或塗層。在一些實施例中，添加到氧化的乙酸錳溶液中的矽藻殼可在矽藻殼表面的至少一些部分上具有一或多個奈米結構和/或塗層。舉例來說，矽藻殼可在矽藻殼表面的一部分上具有含碳奈米結構，使得 根據如本文所述的一或多種方法形成的含錳奈米結構可穿插在含碳奈米結構之間。在一些實施例中，含碳奈米結構可包含還原的氧化石墨烯、碳奈米管(例如單壁和/或多壁)和/或碳奈米-洋蔥。含碳奈米結構可根據如本文所述之一或多種方法或其它方法形成於矽藻殼表面上。
在一些實施例中，矽藻殼可添加到氧化的乙酸錳溶液中，使得溶液包括約0.01重量%到約1重量%的矽藻殼。在一些實施例中，其它Mn2+鹽可為合適的。在一些實施例中，其它氧化劑(例如過氧化物)可為合適的。
在一些實施例中，可使用熱技術和/或微波技術進行含錳奈米結構的生長。在一些實施例中，當使用熱方法時，奈米結構的所要生長可涉及較長持續時間。舉例來說，熱技術可包含在奈米結構生長製程中使用加熱。生長奈米結構的熱方法的實例可包含持續約15小時到約40小時(例如約24小時)的持續時間在氧化的乙酸錳溶液中混合(例如通過使用任何數目的合適的技術攪拌)矽藻殼，同時將混合物維持在約50攝氏度(℃)到約90℃(例如約60℃)的溫度下。在一些實施例中，可通過加熱混合物維持混合物的溫度。
在一些實施例中，生長奈米結構的微波方法可有助於較短奈米結構生長製程和/或有助於可伸縮奈米結構生長製程。舉例來說，奈米結構生長的微波方法可包含在奈米結構生長製程中使用微波加熱。使用微波技術的奈米結構生長製程的實例可包含添 加矽藻殼到氧化的乙酸錳溶液中，和將混合物維持在約50℃到約150℃的溫度下約10分鐘(min)到約120min。可在將混合物維持在所述溫度下時攪拌所述混合物。
在一些實施例中，可使用一或多種本文所描述的製程在矽藻殼的一或多個表面上形成具有紅褐色顏色(例如在洗滌和乾燥之後)的含錳結構。在一些實施例中，氧化錳結構可具有四面體形狀。紅褐色顏色可表明氧化錳(II,III)(Mn3O4)的存在。在一些實施例中，形成四面體奈米晶體可表明氧化錳(II,III)(Mn3O4)的存在。
圖5O為在一或多個表面上具有包括氧化錳(II,III)(Mn3O4)的奈米結構82的矽藻殼80的實例在20k×放大倍率下的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其中使用奈米結構生長的微波方法形成奈米結構82。圖5P為圖5O中顯示的矽藻殼80在50k×放大倍率下的SEM圖像。圖5O和圖5P中顯示的包括氧化錳(II,III)(Mn3O4)的奈米結構82可由使用濃度為約0.15M乙酸錳的氧化溶液形成，所述氧化溶液通過持續約30min的持續時間鼓泡氧氣(O2)通過純水製備。舉例來說，可以使用商業級氧氣(例如純度水平大於95%，諸如至少約97%純或至少約99%純)。舉例來說，具有至少約97%純度的氧氣可在室溫(例如約25℃)下持續約30分鐘的持續時間通過玻璃料鼓泡到含有約15mL純水的小瓶(例如具有約20毫升(mL)的體積的小瓶)中。重量為0.55克(g)的四水合乙酸錳(例如可商購自西格瑪-阿爾德裡奇公司(Sigma- Aldrich Corp.))可溶解於氧化的純水中。重量為0.005克(g)的矽藻可添加到氧化的含錳溶液中。隨後，含有包括添加的矽藻殼的混合物的小瓶可放置於微波(例如Monowave 300微波，可商購自安東帕有限公司(Anton Paar® GmbH))中，且可在所要溫度下持續所要時間段進行合成。包括溶液和矽藻殼的混合物可在約60℃的溫度下，例如在持續攪拌(例如用磁力攪拌棒，諸如以約600轉/分鐘的旋轉速度)下維持約30分鐘。在一些實施例中，混合物可隨後用水稀釋，且經離心(例如在約5000轉/分鐘下持續約5min)，使得可丟棄上清液。在一些實施例中，沉澱物可再次用水稀釋，隨後分散(例如震盪和/或渦旋)且再次離心，使得可丟棄上清液。沉澱物可隨後在真空烘箱中在約70℃到約80℃下乾燥。
參看圖5P，奈米結構82可具有四面體形狀。觀測到氧化錳(II,III)(Mn3O4)結構出人意料地生長於矽藻殼的表面上，而不是形成於與矽藻殼分離的溶液中。
圖5Q為形成於圖5O和圖5P中顯示的矽藻殼的表面上的奈米結構82的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。可見奈米結構82的一或多個個別原子，且提供比例尺以用於尺寸比較。圖5R展示氧化錳(II,III)(Mn3O4)粒子的電子衍射圖像。
在一些實施例中，形成於矽藻殼表面上的奈米結構的形狀和/或尺寸可取決於奈米結構形成製程的參數。舉例來說，奈米結構的形態可取決於溶液濃度和/或溶液的氧合水平。圖5S為包括形成於表面上的含錳奈米結構92的矽藻殼90在10k×放大倍率 下的SEM圖像，其中使用相比於形成圖5O和圖5P中顯示的奈米結構82所用的製程具有較高氧濃度(例如持續約40分鐘的持續時間對水進行氧氣吹掃)和較高錳濃度(例如約1M的乙酸錳濃度)的溶液形成含錳奈米結構92。舉例來說，奈米結構92可根據如參考形成奈米結構82(例如圖5O和圖5P)所描述的製程形成於矽藻殼90上，以下差異除外：可在添加約0.9克(g)乙酸錳到氧化的純水中的情況下持續約40分鐘的持續時間進行純水的氧氣鼓泡，且可添加約0.01克(g)矽藻到含錳溶液中，且包括矽藻和含錳溶液的混合物可在約150℃的溫度下微波。
如圖5S中所示，奈米結構92可具有細長纖維狀形狀。在一些實施例中，奈米結構92可具有薄細長形狀(例如薄晶須狀結構)。在一些實施例中，形成纖維狀結構可表明氧氫氧化錳(MnOOH)的存在。
塗層組合
在一些實施例中，塗層的組合也可為可能的。舉例來說，矽藻殼的表面可包含鎳塗層及碳奈米管塗層(例如，所述矽藻殼可用於能量儲存裝置，包含超級電容器)。
圖6示意性說明能量儲存裝置100的實施例。圖6可為能量儲存裝置100的橫截面圖或正視圖。能量儲存裝置100包含第一電極140及第二電極150，例如分別或無關地為陰極及陽極。第一電極140及第二電極150由隔離層130分開。能量儲存裝置100可視情況包含與電極140、150的一個或兩者電耦接的一或多 個集電體110、120。
在一些實施例中，能量儲存裝置100包括第一電極140、第二電極150和/或隔離層130，其任一個可為膜或層，包含沉積膜或層。
集電體110、120可包含提供電子至外部配線的路徑的任何組件。舉例來說，集電體110、120可相鄰於第一電極140及第二電極150的表面定位，以使電極140、150之間的能量流傳送至電裝置。在圖6中所展示的實施例中，第一集電體層110及第二集電體層120分別與第一電極140的表面及第二電極150的表面相鄰。集電體110、120分別相鄰於與電極140、150的表面相反的與隔離層130相鄰的表面。
在一些實施例中，集電體110、120包括導電箔(例如石墨(諸如石墨紙)、石墨烯(諸如石墨烯紙)、鋁(Al)、銅(Cu)、不銹鋼(SS)、發泡碳)。在一些實施例中，集電體110、120包括沉積在基底上的導電材料。舉例來說，集電體110、120可包括印刷於基底上的導電材料。在一些實施例中，合適的基底可包含聚酯、聚醯亞胺、聚碳酸酯、纖維素(例如卡紙板、紙，包含塗料紙，諸如塑料塗料紙和/或纖維紙)。在一些實施例中，導電材料可包括銀(Ag)、銅(Cu)、碳(C)(例如碳奈米管、石墨烯和/或石墨)、鋁(Al)、鎳(Ni)、其組合和/或類似物。適合於集電體的包括鎳的導電材料的實例提供於2013年12月27日提交的題為“鎳墨水和耐氧化且導電的塗層(NICKEL INKS AND OXIDATION RESISTANT AND CONDUCTIVE COATINGS)”的PCT專利申請第PCT/US2013/078059號，其以全文引用的方式併入本文中。
在一些實施例中，能量儲存裝置100包含至少一個包括矽藻殼的層或膜。舉例來說，能量儲存裝置100可包含包括分散液的層或膜，所述分散液包含矽藻殼。包括矽藻殼的層或膜可包含例如第一電極140、第二電極150、隔離層130、第一集電體層110、第二集電體層120、其組合和/或類似物。在一些實施例中，能量儲存裝置100包含具有均一或實質上均一的形狀、尺寸(例如直徑、長度)、材料、孔隙率、表面改質材料和/或結構、任何其它合適特徵或屬性、其組合和/或類似物的矽藻殼。在能量儲存100裝置的多個層包括矽藻殼的實施例中，矽藻殼可為相同或實質上相同的(例如具有類似尺寸)或可為不同的(例如在隔離層130中絕緣且在電極140、150中經導電塗布)。
能量儲存裝置100可包含一或多個包括矽藻殼的層或膜，所述矽藻殼的長度範圍為約0.5微米至約50微米、約1微米至約50微米、約1微米至約40微米、約1微米至約30微米、約1微米至約20微米、約1微米至約10微米、約5微米至約50微米、約5微米至約40微米、約5微米至約30微米、約5微米至約20微米以及約5微米至約10微米。在一些實施例中，圓柱形矽藻殼的長度不超過約50微米、不超過約40微米、不超過約30微米、不超過約20微米、不超過約15微米、不超過約10微米或不超過約5微米。其它矽藻殼長度亦為可能的。
能量儲存裝置100可包括一或多個包括矽藻殼的層或膜，所述矽藻殼的直徑範圍為約0.5微米至約50微米、約1微米至約50微米、約1微米至約40微米、約1微米至約30微米、約1微米至約20微米、約1微米至約10微米、約5微米至約50微米、約5微米至約40微米、約5微米至約30微米、約5微米至約20微米以及約5微米至約10微米。在一些實施例中，圓柱形矽藻殼的直徑不超過約50微米、不超過約40微米、不超過約30微米、不超過約20微米、不超過約15微米、不超過約10微米、不超過約5微米、不超過約2微米或不超過約1微米。其它矽藻殼直徑也是可能的。
能量儲存裝置100可包括具有均一或實質上均一的矽藻殼內孔隙率和/或矽藻殼間孔隙率的矽藻殼和/或具有在特定範圍內的孔隙率的矽藻殼。在一些實施例中，能量儲存裝置100包括一或多個包含矽藻殼的層或膜，所述矽藻殼具有在約10%至約50%、約15%至約45%以及約20%至約40%的範圍內的孔隙率。在一些實施例中，矽藻殼表面上的孔隙可具有約1奈米(nm)到約500nm的尺寸(例如長度、寬度、直徑和/或最長尺寸)。舉例來說，矽藻殼表面上的孔隙可具有可有助於所要能量儲存裝置性能(例如有助於裝置所要電氣性能的能量儲存裝置的電解離子的擴散)的尺寸。其它矽藻殼孔隙率也是可能的。
如本文所述，能量儲存裝置100可包含一或多個層或膜，所述層或膜包含：矽藻殼50，其不包括或實質上不包括施用或形 成於矽藻殼50的表面上的表面改質材料和/或表面改質結構52；和/或矽藻殼50，其包括施用或形成於矽藻殼50的表面上以改變矽藻殼50的特性或屬性的材料和/或結構52。舉例來說，隔離層130可包括矽藻殼50，其不包括或實質上不包括施用或形成於矽藻殼50的表面上的表面改質材料和/或表面改質結構52，且電極140、150中的至少一個可包括矽藻殼50，其包括施用或形成於矽藻殼50的表面上以改變矽藻殼50的特性或屬性的材料和/或結構52。另舉一例，隔離層130可包括：一些矽藻殼50，其不包括或實質上不包括施用或形成於矽藻殼50的表面上的表面改質材料和/或表面改質結構52；及一些矽藻殼50，其包括施用或形成於矽藻殼50的表面上以改變矽藻殼50的特性或屬性的材料和/或結構52。
在一些實施例中，能量儲存裝置100包括具有不均一或實質上不均一的形狀、尺寸、孔隙率、表面改質材料和/或結構、另一合適屬性和/或其組合的矽藻殼。
圖7展示可形成能量儲存裝置100的一部分的隔離層或膜300的實施例。隔離層300包含矽藻殼320。在一些實施例中，能量儲存裝置100(圖6)包含包括矽藻殼320的隔離層或膜300。舉例來說，能量儲存裝置100可包含包括分散液的隔離層300，所述分散液包含矽藻殼320。如本文所述，可根據形狀、尺寸、材料、孔隙率、其組合和/或類似物揀選矽藻殼320，使得隔離層300包括具有均一或實質上均一的形狀、尺寸(例如長度、直徑)、孔隙 率、材料、其組合和/或類似物的矽藻殼320。舉例來說，隔離層300可包含具有圓柱形或實質上圓柱形(例如，如圖7中所示)、球形或實質上球形、另一形狀和/或其組合的矽藻殼320。在一些實施例中，隔離層300包含具有在矽藻殼320的表面上施用或形成的材料和/或結構的矽藻殼320。隔離層300可包括矽藻殼320，其不包括或實質上不包括施用或形成於矽藻殼320的表面上(例如，如圖7中所說明)的表面改質材料和/或表面改質結構。隔離層300可包括矽藻殼320，其包括施用或形成於矽藻殼320的表面上以改變矽藻殼320的特性或屬性的材料和/或結構。隔離層300可包括：一些矽藻殼320，其不包括或實質上不包括施用或形成於矽藻殼320的表面上的表面改質材料和/或表面改質結構；及一些矽藻殼320，其包括施用或形成於矽藻殼320的表面上以改變矽藻殼320的特性或屬性的材料和/或結構。
隔離層300可包括矽藻殼320(圖6)，其具有足以允許實現能量儲存裝置100的第一電極140與第二電極150之間的穩定或實質上穩定分離的機械強度。在一些實施例中，隔離層300包括經組態以增加能量儲存裝置100的效率的矽藻殼320，例如通過使得第一電極140與第二電極150之間的間距能夠減小和/或通過促進離子物種在第一電極140與第二電極150之間的流動。舉例來說，矽藻殼320可具有均一或實質上均一的形狀、尺寸、孔隙率、表面改質材料和/或結構、其組合和/或類似物，以便改良能量儲存裝置效率和/或機械強度。能量儲存裝置100的隔離層300 可包括圓柱形或實質上圓柱形矽藻殼320，所述矽藻殼包含具有所需孔隙率、尺寸、和/或表面改質材料和/或結構的壁。
隔離層300可包括一或多層矽藻殼320。包括矽藻殼320的隔離層300可具有均一或實質上均一的厚度。在一些實施例中，包括矽藻殼320的隔離層300的厚度盡可能地薄。在一些實施例中，包括矽藻殼320的隔離層300的厚度為約1微米至約100微米，包含約1微米至約80微米、約1微米至約60微米、約1微米至約40微米、約1微米至約20微米、約1微米至約10微米、約5微米至約60微米、約5微米至約40微米、約5微米至約20微米、約5微米至約15微米、約5微米至約10微米、約10微米至約60微米、約10微米至約40微米、約10微米至約20微米、約10微米至約15微米、以及約15微米至約30微米。在一些實施例中，隔離層的厚度小於約100微米、小於約90微米、小於約80微米、小於約70微米、小於約60微米、小於約50微米、小於約40微米、小於約30微米、小於約20微米、小於約15微米、小於約10微米、小於約5微米、小於約2微米、小於約1微米，以及包含以上述值作為界線且包含上述值的範圍。隔離層300的其它厚度亦為可能的。舉例來說，隔離層300可包括單一層矽藻殼320，使得隔離層300的厚度可至少部分視矽藻殼320的尺寸(例如最長軸、長度或直徑)而定。
隔離層300可包括具有不均一或實質上不均一的形狀、尺寸、孔隙率、表面改質材料和/或結構、其組合和/或類似物的矽 藻殼320。
在一些實施例中，隔離層300可包含由非導電材料制得的中空和/或固體微球。舉例來說，隔離層300可包含由玻璃、氧化鋁、二氧化矽、聚苯乙烯、三聚氰胺、其組合和/或類似物製成的中空和/或固體微球。在一些實施例中，微球可具有有助於印刷隔離層300的尺寸。舉例來說，隔離層300可包含具有約0.1微米(μm)到約50μm的直徑的微球。包括中空和/或固體微球的隔離層的實例提供於2012年8月9日提交的題為“用於能量儲存裝置的可印刷離子凝膠分離層(Printable Ionic Gel Separation Layer for Energy Storage Devices)”的美國專利申請第13/223,279號中，其以全文引用的方式併入本文中。
在一些實施例中，隔離層300包括經組態以減小能量儲存裝置100的第一電極140與第二電極150之間的電阻的材料。舉例來說，再參看圖7，在一些實施例中，隔離層300包括電解質340。電解質340可包含促進離子物種傳導的任何材料，包含例如包括可在能量儲存裝置100的第一電極140與第二電極150之間輸送的移動離子物種的材料。電解質340可包括可形成離子物種的任何化合物，包含(但不限於)硫酸鈉(Na2SO4)、氯化鋰(LiCl)和/或硫酸鉀(K2SO4)。在一些實施例中，電解質340包括酸、鹼或鹽。在一些實施例中，電解質340包括強酸，包含(但不限於)硫酸(H2SO4)和/或磷酸(H3PO4)，或強鹼，包含(但不限於)氫氧化鈉(NaOH)和/或氫氧化鉀(KOH)。在一些實施例中，電 解質340包括具有一或多個已溶解的離子物種的溶劑。舉例來說，電解質340可包括有機溶劑。在一些實施例中，電解質340包含離子液體或有機液體鹽。電解質340可包括具有離子液體的水溶液。電解質340可包括具有離子液體的鹽溶液。在一些實施例中，包括離子液體的電解質340包含丙二醇和/或乙腈。在一些實施例中，包括離子液體的電解質340包含酸或鹼。舉例來說，電解質340可包括與氫氧化鉀組合的離子液體(例如添加0.1M KOH溶液)。
在一些實施例中，隔離層300包括聚合物360，諸如聚合凝膠。聚合物360可與電解質340組合。合適聚合物360可顯示出電學及電化學穩定性，例如，當在電化學反應期間與電解質340組合和/或經受電勢(例如在能量儲存裝置100的電極140、150之間存在的電勢)時維持完整性和/或功能性。在一些實施例中，聚合物360可為無機聚合物。在一些實施例中，聚合物360可為合成聚合物。隔離層300可包含聚合物360，所述聚合物包括例如纖維素(例如塞璐芬(cellophane))、聚醯胺(例如尼龍)、聚丙烯、聚烯烴、聚乙烯(例如輻射接枝聚乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(環氧乙烷)、聚(丙烯腈)、聚(乙烯醇)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(氯乙烯)、聚[雙(甲氧基乙氧基乙氧基磷氮烯)]、聚(乙烯碸)、聚(乙烯吡咯烷酮)、聚(環氧丙烷)、其共聚物、其組合和/或類似物。在一些實施例中，聚合物360包括聚四氟乙烯(PTFE)，包含例如包括PTFE於水中的分散液(例如Teflon®水性懸浮液)的水溶液。 在一些實施例中，隔離層300可包括石棉、鈦酸鉀纖維、纖維腸衣、硼矽玻璃、氧化鋯、其組合和/或類似物。在一些實施例中，電解質340經固定於聚合物360內部或上方以形成固體或半固體物質。在一些所述實施例中，電解質340經固定於聚合凝膠上方或內部，例如以形成電解凝膠。
在一些實施例中，隔離層300視情況包括黏著劑材料，以便能夠改良在能量儲存裝置100的隔離層300內和/或隔離層300與第一電極140和/或第二電極150之間的矽藻殼320的黏著性。在一些實施例中，黏著劑材料包括聚合物360。舉例來說，黏著劑材料可包括顯示出電學及電化學穩定性且在能量儲存裝置100的隔離層300內和/或在隔離層300與第一電極140和/或第二電極150之間提供足夠黏著性的聚合物360。
圖8展示可形成能量儲存裝置100(圖6)的一部分的實例電極層或膜400。電極400包含矽藻殼420。在一些實施例中，能量儲存裝置100(圖6)包含一或多個包括矽藻殼420的電極層或膜400(例如，作為第一電極140和/或第二電極150)。舉例來說，能量儲存裝置100可包含包括分散液的電極層或膜400，所述分散液包含矽藻殼420。如本文所述，可根據形狀、尺寸、材料、孔隙率、其組合和/或類似物揀選矽藻殼420，使得電極400包括具有均一或實質上均一的形狀、尺寸(例如長度、直徑)、孔隙率、材料、其組合和/或類似物的矽藻殼420。舉例來說，電極400可包含具有圓柱形或實質上圓柱形(例如，如圖8中所示)、球形或 實質上球形、另一形狀和/或其組合的矽藻殼420。在一些實施例中，電極400包含具有在矽藻殼420的表面上施用或形成的材料和/或結構的矽藻殼420。電極400可包括不包括或實質上不包括表面改質材料的矽藻殼420，且可為絕緣的，和/或可具有施用或形成於矽藻殼420的表面上的表面改質結構。電極400可包括矽藻殼420，其包括施用或形成於矽藻殼420的表面上以改變矽藻殼420的特性或屬性的材料和/或結構(例如，如圖8中由矽藻殼420的表面上的雞爪形特徵示意性說明)。電極400可包括：一些矽藻殼420，其不包括或實質上不包括施用或形成於矽藻殼420的表面上的表面改質材料和/或表面改質結構；及一些矽藻殼420，其包括施用或形成於矽藻殼420的表面上以改變矽藻殼420的特性或屬性的材料和/或結構。
電極400可包括為了機械強度而選擇的矽藻殼420，使得包含電極400的能量儲存裝置100可承受壓縮力和/或改變形狀的變形。在一些實施例中，電極400包括經組態以增加能量儲存裝置100的效率的矽藻殼420，例如通過促進離子物種在電極400內和/或在電極400與能量儲存裝置100的其它部件之間的流動。舉例來說，矽藻殼420可具有均一或實質上均一的形狀、尺寸、孔隙率、表面改質材料和/或結構、其組合和/或類似物，以便改良能量儲存裝置效率和/或機械強度。能量儲存裝置100的電極400可包括圓柱形或實質上圓柱形矽藻殼420，所述矽藻殼包含具有所需孔隙率、尺寸、和/或表面改質材料和/或結構的壁。
電極400可包括一或多層矽藻殼420。包括矽藻殼420的電極400可具有均一或實質上均一的厚度。在一些實施例中，包括矽藻殼420的電極400的厚度至少部分視電阻、可用材料的量、所需能量裝置厚度或其類似物而定。在一些實施例中，包括矽藻殼420的電極400的厚度為約1微米至約100微米，包含約1微米至約80微米、約1微米至約60微米、約1微米至約40微米、約1微米至約20微米、約1微米至約10微米，約5微米至約100微米，包含約5微米至約80微米、約5微米至約60微米、約5微米至約40微米、約5微米至約20微米、約5微米至約10微米、約10微米至約60微米、約10微米至約40微米、約10微米至約20微米、約10微米至約15微米、以及約15微米至約30微米。在一些實施例中，包括矽藻殼420的電極400的厚度小於約100微米、小於約90微米、小於約80微米、小於約70微米、小於約60微米、小於約50微米、小於約40微米、小於約30微米、小於約20微米、小於約10微米、小於約5微米、小於約2微米、或小於約1微米，以及包含以上述值作為界線且包含上述值的範圍。隔離層300的其它厚度亦為可能的。
電極400可包括具有不均一或實質上不均一的形狀、尺寸、孔隙率、表面改質材料和/或結構、其組合和/或類似物的矽藻殼420。
在一些實施例中，電極400視情況包括增強電極400內電子的傳導性的材料。舉例來說，再參看圖8，在一些實施例中， 電極400包括導電填充劑460，以改良電極400內的電傳導。導電填充劑460可包括導電碳材料。舉例來說，導電填充劑460可包括石墨碳、石墨烯、碳奈米管(例如單壁和/或多壁)、其組合和/或類似物。在一些實施例中，導電填充劑460可包含金屬材料(例如銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和/或鉑(Pt))。在一些實施例中，導電填充劑460可包含半導體材料(例如矽(Si)、鍺(Ge))和/或含半導體合金(例如鋁-矽(AlSi)合金)。在包括多個電極400的能量儲存裝置100中，電極400可包含不同矽藻殼和/或不同添加劑，例如包含不同離子和/或產生離子的物種。在一些實施例中，電極400可包括電解質，例如本文中關於圖7的隔離層300所述的電解質340。在一些實施例中，電極400可包括聚合物，例如本文中關於圖7的隔離層300所述的聚合物360。在一些實施例中，電極400可包含一或多種活性材料(例如游離活性材料，諸如除矽藻殼的一或多個表面上的奈米結構活性材料以外的活性材料)。
在一些實施例中，電極400可包含黏合劑。黏合劑可包括聚合物。用於電極黏合劑的合適的聚合物、聚合前體和/或可聚合前體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、聚二甲基矽氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚乙二醇六氟丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯聚丙烯腈、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯己內醯胺、聚氯乙烯、聚醯亞胺聚合物和共聚物(例如脂族、 芳香族和/或半芳香族聚醯亞胺)、聚醯胺、聚丙烯醯胺、丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸酯聚合物和共聚物(諸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、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚氯丁二烯、聚醚碸、尼龍、苯乙烯-丙烯腈樹脂；聚乙二醇、黏土(諸如鋰皂石黏土、膨潤土黏土、有機改質黏土)；糖和多糖，諸如瓜爾豆膠、黃原膠、澱粉、丁基橡膠、瓊脂糖、果膠；纖維素和改質纖維素，諸如羥甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、丙基甲基纖維素、甲氧基纖維素、甲氧基甲基纖維素、甲氧基丙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、纖維素醚、纖維素***、殼聚糖、其共聚物、其組合和/或類似物。
在一些實施例中，電極400可包含腐蝕抑制劑和/或一或多種其它功能添加劑。在一些實施例中，腐蝕抑制劑可包含一或多種表面活性有機化合物。在一些實施例中，腐蝕抑制劑可包括二醇、矽酸鹽、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鎵(Ga)、銦(In)、銻(Sn)、鉍(Bi)、其組合和/或類似物。
在一些實施例中，電極400視情況包括黏著劑材料，以使得能夠改良在電極400內和/或電極400與能量儲存裝置100的另一組件(諸如隔離層130和/或集電體110、120)之間的矽藻殼420的黏著性。在一些實施例中，電極400中的黏著劑材料包括聚合物，例如本文所述的聚合物360。
實施例
以下實施例識別本文中所揭示的特徵組合的一些可能排列，但特徵組合的其它排列亦為可能的。
1.一種印刷能量儲存裝置，包括：第一電極；第二電極；以及在所述第一電極與所述第二電極之間的隔離層，所述第一電極、所述第二電極以及所述隔離層中的至少一個包含矽藻殼。
2.如實施例1所述的裝置，其中所述隔離層包含所述矽藻殼。
3.如實施例1或2所述的裝置，其中所述第一電極包含所述矽藻殼。
4.如實施例1至3中任一項所述的裝置，其中所述第二電極包含所述矽藻殼。
5.如實施例1至4中任一項所述的裝置，其中所述矽藻殼具有實質上均一的性質。
6.如實施例5所述的裝置，其中性質包括形狀。
7.如實施例6所述的裝置，其中所述形狀包括圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。
8.如實施例5至7中任一項所述的裝置，其中所述性質包括尺寸。
9.如實施例8所述的裝置，其中所述尺寸包括直徑。
10.如實施例9所述的裝置，其中所述直徑在約2微米至約10微米的範圍內。
11.如實施例8所述的裝置，其中所述尺寸包括長度。
12.如實施例9所述的裝置，其中所述長度在約5微米至約20微米的範圍內。
13.如實施例8所述的裝置，其中所述尺寸包括最長軸。
14.如實施例9所述的裝置，其中所述最長軸在約5微米至約20微米的範圍內。
15.如實施例5至14中任一項所述的裝置，其中所述性質包括孔隙率。
16.如實施例15所述的裝置，其中所述孔隙率在約20%至約50%的範圍內。
17.如實施例5至16中任一項所述的裝置，其中所述性質包括機械強度。
18.如實施例1至17中任一項所述的裝置，其中所述矽藻殼包括表面改質結構。
19.如實施例18所述的裝置，其中所述表面改質結構包含導電材料。
20.如實施例19所述的裝置，其中所述導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。
21.如實施例18至20中任一項所述的裝置，其中所述表面改質結構包含氧化鋅(ZnO)。
22.如實施例18至21中任一項所述的裝置，其中所述表面改質結構包含半導體。
23.如實施例22所述的裝置，其中所述半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。
24.如實施例18至23中任一項所述的裝置，其中所述表面改質結構包括奈米線、奈米粒子以及具有重萼狀的結構中的至少一個。
25.如實施例18至24中任一項所述的裝置，其中所述表面改質結構在所述矽藻殼的外表面上。
26.如實施例18至25中任一項所述的裝置，其中所述表面改質結構在所述矽藻殼的內表面上。
27.如實施例1至26中任一項所述的裝置，其中所述矽藻殼包括表面改質材料。
28.如實施例27所述的裝置，其中所述表面改質材料包含導電材料。
29.如實施例28所述的裝置，其中所述導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。
30.如實施例27至29中任一項所述的裝置，其中所述表面改質材料包含氧化鋅(ZnO)。
31.如實施例27至30中任一項所述的裝置，其中所述表面改質材料包含半導體。
32.如實施例31所述的裝置，其中所述半導體包含矽、 鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。
33.如實施例27至32中任一項所述的裝置，其中所述表面改質材料在所述矽藻殼的外表面上。
34.如實施例37至33中任一項所述的裝置，其中所述表面改質材料在所述矽藻殼的內表面上。
35.如實施例1至34中任一項所述的裝置，其中所述第一電極包括導電填充劑。
36.如實施例1至35中任一項所述的裝置，其中所述第二電極包括導電填充劑。
37.如實施例34或35所述的裝置，其中所述導電填充劑包括石墨碳。
38.如實施例35至37中任一項所述的裝置，其中所述導電填充劑包括石墨烯。
39.如實施例1至38中任一項所述的裝置，其中所述第一電極包括黏著性材料。
40.如實施例1至39中任一項所述的裝置，其中所述第二電極包括黏著性材料。
41.如實施例1至40中任一項所述的裝置，其中所述隔離層包括黏著性材料。
42.如實施例39至41中任一項所述的裝置，其中所述黏著性材料包括聚合物。
43.如實施例1至42中任一項所述的裝置，其中所述隔 離層包括電解質。
44.如實施例43所述的裝置，其中所述電解質包括離子液體、酸、鹼以及鹽中的至少一個。
45.如實施例43或44所述的裝置，其中所述電解質包括電解凝膠。
46.如實施例1至45中任一項所述的裝置，還包括與所述第一電極電連通的第一集電體。
47.如實施例1至46中任一項所述的裝置，還包括與所述第二電極電連通的第二集電體。
48.如實施例1至47中任一項所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括電容器。
49.如實施例1至47中任一項所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括超級電容器。
50.如實施例1至47中任一項所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括電池。
51.一種系統，包括多個堆疊在彼此頂部上的如實施例1至50中任一項所述的裝置。
52.一種電裝置，包括如實施例1至50中任一項所述的裝置或如實施例51所述的系統。
53.一種用於印刷能量儲存裝置的膜，所述膜包括矽藻殼。
54.如實施例53所述的膜，其中所述矽藻殼具有實質上 均一的性質。
55.如實施例54所述的膜，其中所述性質包括形狀。
56.如實施例55所述的膜，其中所述形狀包括圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。
57.如實施例54至56中任一項所述的膜，其中所述性質包括尺寸。
58.如實施例57所述的膜，其中所述尺寸包括直徑。
59.如實施例58所述的膜，其中所述直徑在約2微米至約10微米的範圍內。
60.如實施例54至59中任一項所述的膜，其中所述尺寸包括長度。
61.如實施例60所述的膜，其中所述長度在約5微米至約20微米的範圍內。
62.如實施例54至61中任一項所述的膜，其中所述尺寸包括最長軸。
63.如實施例62所述的膜，其中所述最長軸在約5微米至約20微米的範圍內。
64.如實施例54至63中任一項所述的膜，其中所述性質包括孔隙率。
65.如實施例64所述的膜，其中所述孔隙率在約20%至約50%的範圍內。
66.如實施例54至65中任一項所述的膜，其中所述性 質包括機械強度。
67.如實施例53至66中任一項所述的膜，其中所述矽藻殼包括表面改質結構。
68.如實施例67所述的膜，其中所述表面改質結構包含導電材料。
69.如實施例68所述的膜，其中所述導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。
70.如實施例67至69中任一項所述的膜，其中所述表面改質結構包含氧化鋅(ZnO)。
71.如實施例67至70中任一項所述的膜，其中所述表面改質結構包含半導體。
72.如實施例71所述的膜，其中所述半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。
73.如實施例67至72中任一項所述的膜，其中所述表面改質結構包括奈米線、奈米粒子以及具有重萼狀的結構中的至少一個。
74.如實施例67至73中任一項所述的膜，其中所述表面改質結構在所述矽藻殼的外表面上。
75.如實施例67至74中任一項所述的膜，其中所述表面改質結構在所述矽藻殼的內表面上。
76.如實施例53至75中任一項所述的膜，其中所述矽藻殼包括表面改質材料。
77.如實施例76所述的膜，其中表面改質材料包含導電材料。
78.如實施例77所述的膜，其中所述導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。
79.如實施例76至78中任一項所述的膜，其中所述表面改質材料包含氧化鋅(ZnO)。
80.如實施例76至79中任一項所述的膜，其中所述表面改質材料包含半導體。
81.如實施例80所述的膜，其中所述半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。
82.如實施例76至81中任一項所述的膜，其中所述表面改質材料在所述矽藻殼的外表面上。
83.如實施例76至82中任一項所述的膜，其中所述表面改質材料在所述矽藻殼的內表面上。
84.如實施例83至83中任一項所述的膜，還包括導電填充劑。
85.如實施例84所述的膜，其中所述導電填充劑包括石墨碳。
86.如實施例84或85所述的膜，其中所述導電填充劑包括石墨烯。
87.如實施例53至86中任一項所述的膜，還包括黏著性材料。
88.如實施例87所述的膜，其中所述黏著性材料包括聚合物。
89.如實施例53至88中任一項所述的膜，還包括電解質。
90.如實施例89所述的膜，其中所述電解質包括離子液體、酸、鹼以及鹽中的至少一個。
91.如實施例89或90所述的膜，其中所述電解質包括電解凝膠。
92.一種能量儲存裝置，包括如實施例53至91中任一項所述的膜。
93.如實施例92所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括電容器。
94.如實施例92所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括超級電容器。
95.如實施例92所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括電池。
96.一種系統，包括多個堆疊在彼此頂部上的如實施例92至95中任一項所述的裝置。
97.一種電裝置，包括如實施例92至95中任一項所述的裝置或如實施例96所述的系統。
98.一種製造印刷能量儲存裝置的方法，所述方法包括：形成第一電極； 形成第二電極；以及在所述第一電極與所述第二電極之間形成隔離層，所述第一電極、所述第二電極以及所述隔離層中的至少一個包含矽藻殼。
99.如實施例98所述的方法，其中所述隔離層包含所述矽藻殼。
100.如實施例99所述的方法，其中形成所述隔離層包含形成包含所述矽藻殼的分散液。
101.如實施例99或100所述的方法，其中形成所述隔離層包含網版印刷所述隔離層。
102.如實施例99所述的方法，其中形成所述隔離層包含形成包含所述矽藻殼的膜。
103.如實施例102所述的方法，其中形成所述隔離層包含輥對輥印刷包含所述隔離層的膜。
104.如實施例98至103中任一項所述的方法，其中所述第一電極包含所述矽藻殼。
105.如實施例104所述的方法，其中形成所述第一電極包含形成包含所述矽藻殼的分散液。
106.如實施例104或105所述的方法，其中形成所述第一電極包含網版印刷所述第一電極。
107.如實施例104所述的方法，其中形成所述第一電極包含形成包含所述矽藻殼的膜。
108.如實施例107所述的方法，其中形成所述第一電極包含輥對輥印刷包含所述第一電極的膜。
109.如實施例98至108中任一項所述的方法，其中所述第二電極包含所述矽藻殼。
110.如實施例109所述的方法，其中形成所述第二電極包含形成包含所述矽藻殼的分散液。
111.如實施例109或110所述的方法，其中形成所述第二電極包含網版印刷所述第二電極。
112.如實施例109所述的方法，其中形成所述第二電極包含形成包含所述矽藻殼的膜。
113.如實施例112所述的方法，其中形成所述第二電極包含輥對輥印刷包含所述第二電極的膜。
114.如實施例98至113中任一項所述的方法，還包括根據性質揀選所述矽藻殼。
115.如實施例114所述的方法，其中所述性質包括形狀、尺寸、材料以及孔隙率中的至少一個。
116.一種墨水，包括：溶液；及分散於所述溶液中的矽藻殼。
117.如實施例116所述的墨水，其中所述矽藻殼具有實質上均一的性質。
118.如實施例117所述的墨水，其中所述性質包括形狀。
119.如實施例118所述的墨水，其中所述形狀包括圓柱體、球體、圓盤或棱柱體。
120.如實施例117至119中任一項所述的墨水，其中所述性質包括尺寸。
121.如實施例120所述的墨水，其中所述尺寸包括直徑。
122.如實施例121所述的墨水，其中所述直徑在約2微米至約10微米的範圍內。
123.如實施例117至122中任一項所述的墨水，其中所述尺寸包括長度。
124.如實施例123所述的墨水，其中所述長度在約5微米至約20微米的範圍內。
125.如實施例117至124中任一項所述的墨水，其中所述尺寸包括最長軸。
126.如實施例125所述的墨水，其中所述最長軸在約5微米至約20微米的範圍內。
127.如實施例117至126中任一項所述的墨水，其中所述性質包括孔隙率。
128.如實施例127所述的墨水，其中所述孔隙率在約20%至約50%的範圍內。
129.如實施例117至128中任一項所述的墨水，其中所述性質包括機械強度。
130.如實施例116至129中任一項所述的墨水，其中所 述矽藻殼包括表面改質結構。
131.如實施例130所述的墨水，其中所述表面改質結構包含導電材料。
132.如實施例131所述的墨水，其中所述導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。
133.如實施例130至132中任一項所述的墨水，其中所述表面改質結構包含氧化鋅(ZnO)。
134.如實施例130至133中任一項所述的墨水，其中所述表面改質結構包含半導體。
135.如實施例134所述的墨水，其中所述半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。
136.如實施例130至135中任一項所述的墨水，其中所述表面改質結構包括奈米線、奈米粒子以及具有重萼狀的結構中的至少一個。
137.如實施例130至136中任一項所述的墨水，其中所述表面改質結構在所述矽藻殼的外表面上。
138.如實施例130至137中任一項所述的墨水，其中所述表面改質結構在所述矽藻殼的內表面上。
139.如實施例116至138中任一項所述的墨水，其中所述矽藻殼包括表面改質材料。
140.如實施例139所述的墨水，其中表面改質材料包含導電材料。
141.如實施例140所述的墨水，其中所述導電材料包含銀、鋁、鉭、銅、鋰、鎂以及黃銅中的至少一個。
142.如實施例139至141中任一項所述的墨水，其中所述表面改質材料包含氧化鋅(ZnO)。
143.如實施例139至142中任一項所述的墨水，其中所述表面改質材料包含半導體。
144.如實施例143所述的墨水，其中所述半導體包含矽、鍺、矽鍺以及砷化鎵中的至少一個。
145.如實施例139至144中任一項所述的墨水，其中所述表面改質材料在所述矽藻殼的外表面上。
146.如實施例139至145中任一項所述的墨水，其中所述表面改質材料在所述矽藻殼的內表面上。
147.如實施例116至146中任一項所述的墨水，還包括導電填充劑。
148.如實施例147所述的墨水，其中所述導電填充劑包括石墨碳。
149.如實施例147或148所述的墨水，其中所述導電填充劑包括石墨烯。
150.如實施例116至149中任一項所述的墨水，還包括黏著性材料。
151.如實施例150所述的墨水，其中所述黏著性材料包括聚合物。
152.如實施例116至151中任一項所述的墨水，還包括電解質。
153.如實施例152所述的墨水，其中所述電解質包括離子液體、酸、鹼以及鹽中的至少一個。
154.如實施例152或153所述的墨水，其中所述電解質包括電解凝膠。
155.一種裝置，包括如實施例116至154中任一項所述的墨水。
156.如實施例155所述的裝置，其中所述裝置包括印刷能量儲存裝置。
157.如實施例156所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括電容器。
158.如實施例156所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括超級電容器。
159.如實施例156所述的裝置，其中所述印刷能量儲存裝置包括電池。
160.一種提取矽藻殼部分的方法，所述方法包括：將多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中；去除有機污染物及無機污染物中的至少一個；將所述多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中，所述界面活性劑減少所述多個矽藻殼部分的聚結；以及使用盤式堆疊離心機提取具有至少一個共同特性的多個 矽藻殼部分。
161.如實施例160所述的方法，其中所述至少一個共同特性包括尺寸、形狀、材料以及破碎程度中的至少一個。
162.如實施例161所述的方法，其中所述尺寸包括長度及直徑中的至少一個。
163.如實施例160至162中任一項所述的方法，其中固體混合物包括所述多個矽藻殼部分。
164.如實施例163所述的方法，還包括減小所述固體混合物的粒子尺寸。
165.如實施例164所述的方法，其中減小所述固體混合物的粒子尺寸是在將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中之前進行。
166.如實施例164或165所述的方法，其中減小所述粒子尺寸包括研磨所述固體混合物。
167.如實施例166所述的方法，其中研磨所述固體混合物包括將研缽及研杵、罐磨機以及碎石機中的至少一個應用於所述固體混合物。
168.如實施例163至167中任一項所述的方法，還包括提取所述固體混合物中的最長組分尺寸大於所述多個矽藻殼部分的最長矽藻殼部分尺寸的組分。
169.如實施例168所述的方法，其中提取所述固體混合物的所述組分包括篩出所述固體混合物。
170.如實施例169所述的方法，其中篩出所述固體混合物包括使用具有約15微米至約25微米的目徑的篩子處理所述固體混合物。
171.如實施例169所述的方法，其中篩出所述固體混合物包括使用具有約10微米至約25微米的目徑的篩子處理所述固體混合物。
172.如實施例160至171中任一項所述的方法，還包括揀選所述多個矽藻殼部分以使第一矽藻殼部分與第二矽藻殼部分分離，所述第一矽藻殼部分具有較大的最長尺寸。
173.如實施例172所述的方法，其中所述第一矽藻殼部分包括多個未破碎的矽藻殼部分。
174.如實施例172或173所述的方法，其中所述第二矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
175.如實施例172至174中任一項所述的方法，其中揀選包括過濾所述多個矽藻殼部分。
176.如實施例175所述的方法，其中過濾包括干擾所述多個矽藻殼部分的聚結。
177.如實施例176所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括攪拌。
178.如實施例176或177所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括震盪。
179.如實施例176至178中任一項所述的方法，其中干 擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括起泡。
180.如實施例175至179中任一項所述的方法，其中過濾包括將篩子應用於所述多個矽藻殼部分。
181.如實施例180所述的方法，其中所述篩子具有約5微米至約10微米的目徑。
182.如實施例180所述的方法，其中所述篩子具有約7微米的目徑。
183.如實施例160至182中任一項所述的方法，還包括獲得經洗滌的矽藻殼部分。
184.如實施例183所述的方法，其中獲得所述經洗滌的矽藻殼部分包括在去除所述有機污染物及所述無機污染物中的至少一個後，使用清洗溶劑洗滌所述多個矽藻殼部分。
185.如實施例183或184所述的方法，其中獲得所述經洗滌的矽藻殼部分包括使用清洗溶劑洗滌具有所述至少一個共同特性的所述矽藻殼部分。
186.如實施例184或185所述的方法，還包括去除所述清洗溶劑。
187.如實施例186所述的方法，其中去除所述清洗溶劑包括在去除所述有機污染物及所述無機污染物中的至少一個後沉降所述多個矽藻殼部分。
188.如實施例186或187所述的方法，其中去除所述清洗溶劑包括沉降具有所述至少一個共同特性的所述多個矽藻殼部 分。
189.如實施例187或188所述的方法，其中沉降包括離心。
190.如實施例189所述的方法，其中離心包括應用適於大規模處理的離心機。
191.如實施例190所述的方法，其中離心包括應用盤式堆疊離心機、傾析離心機以及管式離心機中的至少一個。
192.如實施例184至191中任一項所述的方法，其中所述分散溶劑及所述清洗溶劑中的至少一個包括水。
193.如實施例160至192中任一項所述的方法，其中將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中及將所述多個矽藻殼部分分散於所述界面活性劑中的至少一個包括聲波處理所述多個矽藻殼。
194.如實施例160至193中任一項所述的方法，其中所述界面活性劑包括陽離子界面活性劑。
195.如實施例194所述的方法，其中所述陽離子界面活性劑包括氯化苄烷銨、西曲溴銨、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨、苄索氯銨、苄索氯銨、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化銨以及氫氧化四甲基銨中的至少一個。
196.如實施例160至195中任一項所述的方法，其中所述界面活性劑包括非離子界面活性劑。
197.如實施例196所述的方法，其中所述非離子界面活 性劑包括鯨蠟醇、硬脂醇、鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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個。
198.如實施例160至197中任一項所述的方法，還包括將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中。
199.如實施例198所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中是在將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中之前進行。
200.如實施例198所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中是在將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中之後進行。
201.如實施例198所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中與將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中至少部分同時發生。
202.如實施例198至201中任一項所述的方法，其中所述添加劑組分包括氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨以及氫氧化鈉中的至少一個。
203.如實施例160至202中任一項所述的方法，其中分散所述多個矽藻殼部分包括獲得包括約1重量百分比至約5重量百分比的所述多個矽藻殼部分的分散液。
204.如實施例160至203中任一項所述的方法，其中去 除所述有機污染物包括在漂白劑存在下加熱所述多個矽藻殼部分。
205.如實施例204所述的方法，其中所述漂白劑包括過氧化氫及硝酸中的至少一個。
206.如實施例205所述的方法，其中加熱包括在包括範圍為約10體積百分比至約20體積百分比的量的過氧化氫的溶液中加熱所述多個矽藻殼部分。
207.如實施例204至206中任一項所述的方法，其中加熱包括加熱所述多個矽藻殼部分約5分鐘至約15分鐘的持續時間。
208.如實施例160至207中任一項所述的方法，其中去除所述有機污染物包括將所述多個矽藻殼部分退火。
209.如實施例160至208中任一項所述的方法，其中去除所述無機污染物包括使所述多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合。
210.如實施例209所述的方法，其中所述組合包括將所述多個矽藻殼部分混合於包括約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸的溶液中。
211.如實施例210所述的方法，其中所述混合持續約20分鐘至約40分鐘。
212.一種提取矽藻殼部分的方法，所述方法包括：使用盤式堆疊離心機提取具有至少一個共同特性的多個 矽藻殼部分。
213.如實施例212所述的方法，還包括將所述多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中。
214.如實施例212或213所述的方法，還包括去除有機污染物及無機污染物中的至少一個。
215.如實施例212至214中任一項所述的方法，還包括將所述多個矽藻殼部分分散於界面活性劑中，所述界面活性劑減少所述多個矽藻殼部分的聚結。
216.如實施例212至215中任一項所述的方法，其中所述至少一個共同特性包括尺寸、形狀、材料以及破碎程度中的至少一個。
217.如實施例216所述的方法，其中所述尺寸包括長度及直徑中的至少一個。
218.如實施例212至217中任一項所述的方法，其中固體混合物包括所述多個矽藻殼部分。
219.如實施例218所述的方法，還包括減小所述固體混合物的粒子尺寸。
220.如實施例219所述的方法，其中減小所述固體混合物的粒子尺寸是在將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中之前進行。
221.如實施例219或220所述的方法，其中減小所述粒子尺寸包括研磨所述固體混合物。
222.如實施例221所述的方法，其中研磨所述固體混合物包括將研缽及研杵、罐磨機以及碎石機中的至少一個應用於所述固體混合物。
223.如實施例219至222中任一項所述的方法，還包括提取所述固體混合物的最長組分尺寸大於所述多個矽藻殼部分的最長矽藻殼部分尺寸的組分。
224.如實施例223所述的方法，其中提取所述固體混合物的組分包括篩出所述固體混合物。
225.如實施例224所述的方法，其中篩出所述固體混合物包括使用具有約15微米至約25微米的目徑的篩子處理所述固體混合物。
226.如實施例224所述的方法，其中篩出所述固體混合物包括使用具有約10微米至約25微米的目徑的篩子處理所述固體混合物。
227.如實施例212至226中任一項所述的方法，還包括揀選所述多個矽藻殼部分以使第一矽藻殼部分與第二矽藻殼部分分離，所述第一矽藻殼部分具有較大最長尺寸。
228.如實施例227所述的方法，其中所述第一矽藻殼部分包括多個未破碎的矽藻殼部分。
229.如實施例227或228所述的方法，其中所述第二矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
230.如實施例227至229中任一項所述的方法，其中揀 選包括過濾所述多個矽藻殼部分。
231.如實施例230所述的方法，其中過濾包括干擾所述多個矽藻殼部分的聚結。
232.如實施例231所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括攪拌。
233.如實施例231或282所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括震盪。
234.如實施例231至233中任一項所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括起泡。
235.如實施例230至234中任一項所述的方法，其中過濾包括將篩子應用於所述多個矽藻殼部分。
236.如實施例235所述的方法，其中所述篩子具有約5微米至約10微米的目徑。
237.如實施例235所述的方法，其中所述篩子具有約7微米的目徑。
238.如實施例212至237中任一項所述的方法，還包括獲得經洗滌的矽藻殼部分。
239.如實施例238所述的方法，其中獲得所述經洗滌的矽藻殼部分包括在去除所述有機污染物及所述無機污染物中的至少一個後，使用清洗溶劑洗滌所述多個矽藻殼部分。
240.如實施例238或239所述的方法，其中獲得所述經洗滌的矽藻殼部分包括使用清洗溶劑洗滌具有所述至少一個共同 特性的所述矽藻殼部分。
241.如實施例239或240所述的方法，還包括去除所述清洗溶劑。
242.如實施例241所述的方法，其中去除所述清洗溶劑包括在去除所述有機污染物及所述無機污染物中的至少一個後沉降所述多個矽藻殼部分。
243.如實施例241或242所述的方法，其中去除所述清洗溶劑包括沉降具有所述至少一個共同特性的所述多個矽藻殼部分。
244.如實施例242或243所述的方法，其中沉降包括離心。
245.如實施例244所述的方法，其中離心包括應用適於大規模處理的離心機。
246.如實施例245所述的方法，其中離心包括應用盤式堆疊離心機、傾析離心機以及管式離心機中的至少一個。
247.如實施例240至246中任一項所述的方法，其中所述分散溶劑及所述清洗溶劑中的至少一個包括水。
248.如實施例215至247中任一項所述的方法，其中將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中及將所述多個矽藻殼部分分散於所述界面活性劑中的至少一個包括聲波處理所述多個矽藻殼。
249.如實施例215至248中任一項所述的方法，其中所 述界面活性劑包括陽離子界面活性劑。
250.如實施例249所述的方法，其中所述陽離子界面活性劑包括氯化苄烷銨、西曲溴銨、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨、苄索氯銨、苄索氯銨、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化銨以及氫氧化四甲基銨中的至少一個。
251.如實施例212至250中任一項所述的方法，其中所述界面活性劑包括非離子界面活性劑。
252.如實施例251所述的方法，其中所述非離子界面活性劑包括鯨蠟醇、硬脂醇、鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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個。
253.如實施例212至252中任一項所述的方法，還包括將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中。
254.如實施例253所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中是在將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中之前進行。
255.如實施例253所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中是在將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中之後進行。
256.如實施例253所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中與將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑 中至少部分同時發生。
257.如實施例253至256中任一項所述的方法，其中所述添加劑組分包括氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨以及氫氧化鈉中的至少一個。
258.如實施例213至257中任一項所述的方法，其中將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中包括獲得包括約1重量百分比至約5重量百分比的所述多個矽藻殼部分的分散液。
259.如實施例214至258中任一項所述的方法，其中去除所述有機污染物包括在漂白劑存在下加熱所述多個矽藻殼部分。
260.如實施例259所述的方法，其中所述漂白劑包括過氧化氫及硝酸中的至少一個。
261.如實施例260所述的方法，其中加熱包括在包括範圍為約10體積百分比至約20體積百分比的量的過氧化氫的溶液中加熱所述多個矽藻殼部分。
262.如實施例259至261中任一項所述的方法，其中加熱包括加熱所述多個矽藻殼部分約5分鐘至約15分鐘的持續時間。
263.如實施例214至262中任一項所述的方法，其中去除所述有機污染物包括將所述多個矽藻殼部分退火。
264.如實施例214至263中任一項所述的方法，其中去除所述無機污染物包括使所述多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的 至少一個組合。
265.如實施例264所述的方法，其中組合包括將所述多個矽藻殼部分混合於包括約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸的溶液中。
266.如實施例265所述的方法，其中所述混合持續約20分鐘至約40分鐘。
267.一種提取矽藻殼部分的方法，所述方法包括：使用界面活性劑分散多個矽藻殼部分，所述界面活性劑減少所述多個矽藻殼部分的聚結。
268.如實施例267所述的方法，還包括使用盤式堆疊離心機提取具有至少一個共同特性的多個矽藻殼部分。
269.如實施例267或268所述的方法，還包括將所述多個矽藻殼部分分散於分散溶劑中。
270.如實施例267至269中任一項所述的方法，還包括去除有機污染物及無機污染物中的至少一個。
271.如實施例267至270中任一項所述的方法，其中所述至少一個共同特性包括尺寸、形狀、材料以及破碎程度中的至少一個。
272.如實施例271所述的方法，其中所述尺寸包括長度及直徑中的至少一個。
273.如實施例267至272中任一項所述的方法，其中固體混合物包括所述多個矽藻殼部分。
274.如實施例273所述的方法，還包括減小所述固體混合物的粒子尺寸。
275.如實施例274所述的方法，其中減小所述固體混合物的粒子尺寸是在將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中之前進行。
276.如實施例274或275所述的方法，其中減小所述粒子尺寸包括研磨所述固體混合物。
277.如實施例276所述的方法，其中研磨所述固體混合物包括將研缽及研杵、罐磨機以及碎石機中的至少一個應用於所述固體混合物。
278.如實施例273至277中任一項所述的方法，還包括提取所述固體混合物的最長組分尺寸大於所述多個矽藻殼部分的最長矽藻殼部分尺寸的組分。
279.如實施例278所述的方法，其中提取所述固體混合物的所述組分包括篩出所述固體混合物。
280.如實施例279所述的方法，其中篩出所述固體混合物包括使用具有約15微米至約25微米的目徑的篩子處理所述固體混合物。
281.如實施例279所述的方法，其中篩出所述固體混合物包括使用具有約10微米至約25微米的目徑的篩子處理所述固體混合物。
282.如實施例267至281中任一項所述的方法，還包括 揀選所述多個矽藻殼部分以使第一矽藻殼部分與第二矽藻殼部分分離，所述第一矽藻殼部分具有較大最長尺寸。
283.如實施例282所述的方法，其中所述第一矽藻殼部分包括多個未破碎的矽藻殼部分。
284.如實施例282或283所述的方法，其中所述第二矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
285.如實施例282至284中任一項所述的方法，其中揀選包括過濾所述多個矽藻殼部分。
286.如實施例285所述的方法，其中過濾包括干擾所述多個矽藻殼部分的聚結。
287.如實施例286所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括攪拌。
288.如實施例286或287所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括震盪。
289.如實施例286至288中任一項所述的方法，其中干擾所述多個矽藻殼部分的聚結包括起泡。
290.如實施例285至289中任一項所述的方法，其中過濾包括將篩子應用於所述多個矽藻殼部分。
291.如實施例290所述的方法，其中所述篩子具有約5微米至約10微米的目徑。
292.如實施例290所述的方法，其中所述篩子具有約7微米的目徑。
293.如實施例267至292中任一項所述的方法，還包括獲得經洗滌的矽藻殼部分。
294.如實施例293所述的方法，其中獲得所述經洗滌的矽藻殼部分包括在去除所述有機污染物及所述無機污染物中的至少一個後，使用清洗溶劑洗滌所述多個矽藻殼部分。
295.如實施例293或294所述的方法，其中獲得所述經洗滌的矽藻殼部分包括使用清洗溶劑洗滌具有所述至少一個共同特性的所述矽藻殼部分。
296.如實施例294或295所述的方法，還包括去除所述清洗溶劑。
297.如實施例296所述的方法，其中去除所述清洗溶劑包括在去除所述有機污染物及所述無機污染物中的至少一個後沉降所述多個矽藻殼部分。
298.如實施例296或297所述的方法，其中去除所述清洗溶劑包括沉降具有所述至少一個共同特性的所述多個矽藻殼部分。
299.如實施例297或298所述的方法，其中沉降包括離心。
300.如實施例299所述的方法，其中離心包括應用適於大規模處理的離心機。
301.如實施例300所述的方法，其中離心包括應用盤式堆疊離心機、傾析離心機以及管式離心機中的至少一個。
302.如實施例295至301中任一項所述的方法，其中所述分散溶劑及所述清洗溶劑中的至少一個包括水。
303.如實施例269至302中任一項所述的方法，其中將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中及將所述多個矽藻殼部分分散於所述界面活性劑中的至少一個包括聲波處理所述多個矽藻殼。
304.如實施例267至303中任一項所述的方法，其中所述界面活性劑包括陽離子界面活性劑。
305.如實施例304所述的方法，其中所述陽離子界面活性劑包括氯化苄烷銨、西曲溴銨、月桂基甲基葡糖醚-10羥丙基二甲基氯化銨、苄索氯銨、苄索氯銨、博尼杜克、二甲基二(十八烷基)氯化銨以及氫氧化四甲基銨中的至少一個。
306.如實施例267至305中任一項所述的方法，其中所述界面活性劑包括非離子界面活性劑。
307.如實施例306所述的方法，其中所述非離子界面活性劑包括鯨蠟醇、硬脂醇、鯨蠟硬脂醇、油醇、聚氧乙二醇烷基醚、辛乙二醇單十二醚、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個。
308.如實施例267至307中任一項所述的方法，還包括將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中。
309.如實施例308所述的方法，其中將所述多個矽藻殼 分散於添加劑組分中是在將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中之前進行。
310.如實施例308所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中是在將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中之後進行。
311.如實施例308所述的方法，其中將所述多個矽藻殼分散於添加劑組分中與將所述多個矽藻殼分散於所述界面活性劑中至少部分同時發生。
312.如實施例308至311中任一項所述的方法，其中所述添加劑組分包括氯化鉀、氯化銨、氫氧化銨以及氫氧化鈉中的至少一個。
313.如實施例269至312中任一項所述的方法，其中將所述多個矽藻殼部分分散於所述分散溶劑中包括獲得包括約1重量百分比至約5重量百分比的所述多個矽藻殼部分的分散液。
314.如實施例270至313中任一項所述的方法，其中去除所述有機污染物包括在漂白劑存在下加熱所述多個矽藻殼部分。
315.如實施例314所述的方法，其中所述漂白劑包括過氧化氫及硝酸中的至少一個。
316.如實施例315所述的方法，其中加熱包括在包括範圍為約10體積百分比至約20體積百分比的量的過氧化氫的溶液中加熱所述多個矽藻殼部分。
317.如實施例314至316中任一項所述的方法，其中加熱包括加熱所述多個矽藻殼部分約5分鐘至約15分鐘的持續時間。
318.如實施例270至317中任一項所述的方法，其中去除所述有機污染物包括將所述多個矽藻殼部分退火。
319.如實施例270至218中任一項所述的方法，其中去除所述無機污染物包括使所述多個矽藻殼部分與鹽酸及硫酸中的至少一個組合。
320.如實施例319所述的方法，其中組合包括將所述多個矽藻殼部分混合於包括約15體積百分比至約25體積百分比的鹽酸的溶液中。
321.如實施例320所述的方法，其中所述混合持續約20分鐘至約40分鐘。
322.一種在矽藻殼部分上形成銀奈米結構的方法，所述方法包括：在所述矽藻殼部分的表面上形成銀晶種層；及在所述晶種層上形成奈米結構。
323.如實施例322所述的方法，其中所述奈米結構包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
324.如實施例322或323所述的方法，其中所述奈米結構包括銀。
325.如實施例322至324中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括將循環加熱方案應用於第一銀供給組分及所述矽藻殼部分。
326.如實施例325所述的方法，其中應用所述循環加熱方案包括應用循環微波功率。
327.如實施例326所述的方法，其中應用所述循環微波功率包括使微波功率在約100瓦與500瓦之間交替。
328.如實施例327所述的方法，其中交替包括每分鐘交替所述微波功率。
329.如實施例327或328所述的方法，其中交替包括交替所述微波功率持續約30分鐘。
330.如實施例327或328所述的方法，其中交替包括交替所述微波功率持續約20分鐘至約40分鐘。
331.如實施例322至330中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括使所述矽藻殼部分與晶種層溶液組合。
332.如實施例331所述的方法，其中所述晶種層溶液包括所述第一銀供給組分及晶種層還原劑。
333.如實施例332所述的方法，其中所述晶種層還原劑為晶種層溶劑。
334.如實施例333所述的方法，其中所述晶種層還原劑及所述晶種層溶劑包括聚乙二醇。
335.如實施例331所述的方法，其中所述晶種層溶液包 括所述第一銀供給組分、晶種層還原劑以及晶種層溶劑。
336.如實施例331至335中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層還包括使所述矽藻殼部分與所述晶種層溶液混合。
337.如實施例336所述的方法，其中混合包括超聲波處理。
338.如實施例337所述的方法，其中所述晶種層還原劑包括N,N-二甲基甲醯胺，所述第一銀供給組分包括硝酸銀，且所述晶種層溶劑包括水及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一個。
339.如實施例322至338中任一項所述的方法，其中形成所述奈米結構包括使所述矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合。
340.如實施例339所述的方法，其中形成所述奈米結構還包括在使所述矽藻殼部分與所述奈米結構形成還原劑組合後，加熱所述矽藻殼部分。
341.如實施例340所述的方法，其中加熱包括加熱至約120℃至約160℃的溫度。
342.如實施例340或341所述的方法，其中形成所述奈米結構還包括使用包括奈米結構形成溶劑及第二銀供給組分的滴定溶液滴定所述矽藻殼部分。
343.如實施例342所述的方法，其中形成所述奈米結構還包括在使用所述滴定溶液滴定所述矽藻殼部分後混合。
344.如實施例339至343中任一項所述的方法，其中所述晶種層還原劑及所述奈米結構形成還原劑中的至少一個包括肼、甲醛、葡萄糖、酒石酸鈉、草酸、甲酸、抗壞血酸以及乙二醇中的至少一個。
345.如實施例342至344中任一項所述的方法，其中所述第一銀供給組分及所述第二銀供給組分中的至少一個包括銀鹽及氧化銀中的至少一個。
346.如實施例345所述的方法，其中所述銀鹽包括硝酸銀及氨硝酸銀、氯化銀(AgCl)、氰化銀(AgCN)、四氟硼酸銀、六氟磷酸銀以及乙硫酸銀中的至少一個。
347.如實施例322至346中任一項所述的方法，其中形成所述奈米結構是在減少氧化物形成的環境中。
348.如實施例347所述的方法，其中所述環境包括氬氣氛圍。
349.如實施例342至348中任一項所述的方法，其中所述晶種層溶劑及所述奈米結構形成溶劑中的至少一個包括丙二醇、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、四氫糠醇、環己醇、環戊醇、萜品醇、丁內酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、環己酮、環戊酮、環庚酮、環辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙醯丙酮、苯乙酮、環丙酮、異佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲 酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、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、對薄荷烷-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、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、N-甲基甲醯胺、二甲亞碸、亞硫醯氯以及硫醯氯中的至少一個。
350.如實施例322至349中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分包括破碎的矽藻殼部分。
351.如實施例322至349中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分包括未破碎的矽藻殼部分。
352.如實施例322至351中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分是經由矽藻殼部分分離製程來獲得。
353.如實施例352所述的方法，其中所述製程包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
354.一種在矽藻殼部分上形成氧化鋅奈米結構的方法，所述方法包括：在所述矽藻殼部分的表面上形成氧化鋅晶種層；及在所述氧化鋅晶種層上形成奈米結構。
355.如實施例354所述的方法，其中所述奈米結構包括 奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
356.如實施例354或355所述的方法，其中所述奈米結構包括氧化鋅。
357.如實施例354至356中任一項所述的方法，其中形成所述氧化鋅晶種層包括加熱第一鋅供給組分及所述矽藻殼部分。
358.如實施例357所述的方法，其中加熱所述第一鋅供給組分及所述矽藻殼部分包括加熱至範圍為約175℃至約225℃的溫度。
359.如實施例354至358中任一項所述的方法，其中形成所述奈米結構包括在包括第二鋅供給組分的奈米結構形成溶液存在下，將加熱方案應用於具有所述氧化鋅晶種層的所述矽藻殼部分。
360.如實施例359所述的方法，其中所述加熱方案包括加熱至奈米結構形成溫度。
361.如實施例360所述的方法，其中所述奈米結構形成溫度為約80℃至約100℃。
362.如實施例360或361所述的方法，其中所述加熱持續約一小時至約三小時。
363.如實施例359至362中任一項所述的方法，其中所述加熱方案包括應用循環加熱程序。
364.如實施例363所述的方法，其中所述循環加熱程序包括在總循環加熱持續時間內，將微波加熱應用於具有所述氧化鋅晶種層的所述矽藻殼部分維持加熱持續時間且隨後關閉所述微波加熱維持冷卻持續時間。
365.如實施例364所述的方法，其中所述加熱持續時間為約1分鐘至約5分鐘。
366.如實施例364或365所述的方法，其中所述冷卻持續時間為約30秒至約5分鐘。
367.如實施例364至366中任一項所述的方法，其中所述總循環加熱持續時間為約5分鐘至約20分鐘。
368.如實施例364至367中任一項所述的方法，其中應用所述微波加熱包括應用約480瓦至約520瓦的微波功率。
369.如實施例364至367中任一項所述的方法，其中應用所述微波加熱包括應用約80瓦至約120瓦的微波功率。
370.如實施例359至369中任一項所述的方法，其中所述第一鋅供給組分及所述第二鋅供給組分中的至少一個包括乙酸鋅、乙酸鋅水合物、硝酸鋅、硝酸鋅六水合物、氯化鋅、硫酸鋅以及鋅酸鈉中的至少一個。
371.如實施例359至370中任一項所述的方法，其中所述奈米結構形成溶液包括鹼。
372.如實施例371所述的方法，其中所述鹼包括氫氧化鈉、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化四甲銨、氫氧化鋰、六亞甲基 四胺、氨溶液、碳酸鈉以及乙二胺中的至少一個。
373.如實施例354至372中任一項所述的方法，其中形成所述奈米結構還包括添加添加劑組分。
374.如實施例373所述的方法，其中所述添加劑組分包括三丁胺、三乙胺、三乙醇胺、二異丙胺、磷酸銨、1,6-己二醇、三乙基二乙醇、異丙胺、環己胺、正丁胺、氯化銨、六亞甲基四胺、乙二醇、乙醇胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸鈉、溴化十六烷基三甲銨以及尿素中的至少一個。
375.如實施例359至374中任一項所述的方法，其中所述奈米結構形成溶液及氧化鋅晶種層形成溶液中的至少一個包括溶劑，所述溶劑包括丙二醇、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、四氫糠醇、環己醇、環戊醇、萜品醇、丁內酯；甲基乙基醚、***、乙基丙基醚、聚醚、二酮、環己酮、環戊酮、環庚酮、環辛酮、丙酮、二苯甲酮、乙醯丙酮、苯乙酮、環丙酮、異佛酮、甲基乙基酮、乙酸乙酯、己二酸二甲酯、丙二醇單甲醚乙酸酯、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、對薄荷烷-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、四氫呋喃、二甲基甲醯胺、N-甲基甲醯胺、二甲亞碸、亞硫醯氯以及硫醯氯中的至少一個。
376.如實施例354至375中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分包括破碎的矽藻殼部分。
377.如實施例354至375中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分包括未破碎的矽藻殼部分。
378.如實施例354至375中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分是經由矽藻殼部分分離製程來獲得。
379.如實施例378所述的方法，其中所述製程包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
380.一種在矽藻殼部分上形成碳奈米結構的方法，所述方法包括：在所述矽藻殼部分的表面上形成金屬晶種層；及在所述晶種層上形成碳奈米結構。
381.如實施例380所述的方法，其中所述碳奈米結構包括碳奈米管。
382.如實施例381所述的方法，其中所述碳奈米管包括單壁碳奈米管及多壁碳奈米管中的至少一個。
383.如實施例380至382中任一項所述的方法，其中形成所述金屬晶種層包括噴塗所述矽藻殼部分的表面。
384.如實施例380至383中任一項所述的方法，其中形成所述金屬晶種層包括將所述矽藻殼部分的表面引入包括所述金屬的液體、包括所述金屬的氣體以及包括金屬的固體中的至少一個中。
385.如實施例380至384中任一項所述的方法，其中形成所述碳奈米結構包括使用化學氣相沉積。
386.如實施例380至385中任一項所述的方法，其中形成所述碳奈米結構包括在將所述矽藻殼部分暴露於奈米結構形成碳氣體後，將所述矽藻殼部分暴露於奈米結構形成還原氣體。
387.如實施例380至385中任一項所述的方法，其中形成所述碳奈米結構包括在將所述矽藻殼部分暴露於奈米結構形成碳氣體之前，將所述矽藻殼部分暴露於奈米結構形成還原氣體。
388.如實施例380至385中任一項所述的方法，其中形成所述碳奈米結構包括將所述矽藻殼部分暴露於包括奈米結構形成還原氣體及奈米結構形成碳氣體的奈米結構形成氣體混合物。
389.如實施例388所述的方法，其中所述奈米結構形成氣體混合物還包括中性氣體。
390.如實施例389所述的方法，其中所述中性氣體包括氬氣。
391.如實施例380至390中任一項所述的方法，其中所述金屬包括鎳、鐵、鈷、鈷-鉬雙金屬、銅、金、銀、鉑、鈀、錳、鋁、鎂、鉻、銻、鋁-鐵-鉬、五羰基鐵、硝酸鐵(III)六水合物、氯 化鈷(II)六水合物、鉬酸銨四水合物、二氯二氧化鉬(VI)以及氧化鋁奈米粉末中的至少一個。
392.如實施例286至391中任一項所述的方法，其中所述奈米結構形成還原氣體包括氨氣、氮氣以及氫氣中的至少一個。
393.如實施例286至392中任一項所述的方法，其中所述奈米結構形成碳氣體包括乙炔、乙烯、乙醇、甲烷、碳氧化物以及苯中的至少一個。
394.如實施例380至393中任一項所述的方法，其中形成所述金屬晶種層包括形成銀晶種層。
395.如實施例394所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括在所述矽藻殼部分的表面上形成銀奈米結構。
396.如實施例380至395中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分包括破碎的矽藻殼部分。
397.如實施例380至395中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分包括未破碎的矽藻殼部分。
398.如實施例380至397中任一項所述的方法，其中所述矽藻殼部分是經由矽藻殼部分分離製程來獲得。
399.如實施例398所述的方法，其中所述製程包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
400.一種製造銀墨水的方法，所述方法包括：組合紫外光敏感組分及多個矽藻殼部分，在所述多個矽 藻殼部分的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
401.如實施例400所述的方法，還包括在所述多個矽藻殼部分的表面上形成銀晶種層。
402.如實施例400或401所述的方法，還包括在所述晶種層上形成所述銀奈米結構。
403.如實施例400至402中任一項所述的方法，其中所述多個矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
404.如實施例400至403中任一項所述的方法，其中所述多個矽藻殼部分包括多個矽藻殼片。
405.如實施例400至404中任一項所述的方法，其中所述銀墨水在固化後可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中。
406.如實施例400至405中任一項所述的方法，其中所述多個穿孔中的至少一個包括約250奈米至約350奈米的直徑。
407.如實施例400至406中任一項所述的方法，其中所述銀奈米結構包括約10奈米至約500奈米的厚度。
408.如實施例400至407中任一項所述的方法，其中所述銀墨水包括在約50重量百分比至約80重量百分比的範圍內的量的矽藻殼。
409.如實施例401至408中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括在所述多個穿孔內的表面上形成所述銀晶種層，以形成多個鍍銀晶種的穿孔。
410.如實施例401至409中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括在所述多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成所述銀晶種層。
411.如實施例402至410中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構包括在所述多個穿孔內的表面上形成所述銀奈米結構，以形成多個鍍銀奈米結構的穿孔。
412.如實施例402至411中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構包括在所述多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成所述銀奈米結構。
413.如實施例400至412中任一項所述的方法，其中所述紫外光敏感組分對波長比所述多個穿孔的尺寸短的光輻射敏感。
414.如實施例411至413中任一項所述的方法，其中所述紫外光敏感組分對波長比所述多個鍍銀晶種的穿孔及所述多個鍍銀奈米結構的穿孔中的至少一個的尺寸短的光輻射敏感。
415.如實施例400至414中任一項所述的方法，其中使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合包括使所述多個矽藻殼部分與光起始劑組合。
416.如實施例415所述的方法，其中所述光起始劑包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羥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個。
417.如實施例400至416中任一項所述的方法，其中使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合包括使所述多個矽藻殼部分與光起始劑組合。
418.如實施例417所述的方法，其中所述光起始劑包括2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基-1-丙酮及異丙基硫雜蒽酮中的至少一個。
419.如實施例400至418中任一項所述的方法，其中使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合包括使所述多個矽藻殼部分與極性乙烯單體組合。
420.如實施例419所述的方法，其中所述極性乙烯單體包括N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己內醯胺中的至少一個。
421.如實施例400至420中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與流變改質劑組合。
422.如實施例400至421中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與交聯劑組合。
423.如實施例400至422中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與流動及調平劑組合。
424.如實施例400至423中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與黏合增強劑、濕潤劑以及降黏劑中的至少一個組合。
425.如實施例400至424中任一項所述的方法，其中所述銀奈米結構包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、 奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
426.如實施例401至425中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括將循環加熱方案應用於第一銀供給組分及所述多個矽藻殼部分。
427.如實施例401至426中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括使所述矽藻殼部分與晶種層溶液組合。
428.如實施例427所述的方法，其中所述晶種層溶液包括所述第一銀供給組分及晶種層還原劑。
429.如實施例402至428中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構包括使所述矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合。
430.如實施例429所述的方法，其中形成所述銀奈米結構還包括在使所述矽藻殼部分與所述奈米結構形成還原劑組合後，加熱所述矽藻殼部分。
431.如實施例402至430中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構還包括使用包括奈米結構形成溶劑及第二銀供給組分的滴定溶液滴定所述矽藻殼部分。
432.如實施例400至431中任一項所述的方法，其中所述多個矽藻殼部分是經由矽藻殼部分分離製程來獲得。
433.如實施例432所述的方法，其中所述製程包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
434.一種導電銀墨水，包括：紫外光敏感組分；及多個矽藻殼部分，在所述多個矽藻殼部分的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
435.如實施例434所述的導電銀墨水，其中所述多個矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
436.如實施例434或435所述的導電銀墨水，其中所述多個矽藻殼部分包括多個矽藻殼片。
437.如實施例434至436中任一項所述的導電銀墨水，其中所述銀墨水在固化後可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中。
438.如實施例434至437中任一項所述的導電銀墨水，其中所述多個穿孔中的至少一個包括約250奈米至約350奈米的直徑。
439.如實施例434至438中任一項所述的導電銀墨水，其中所述銀奈米結構包括約10奈米至約500奈米的厚度。
440.如實施例434至439中任一項所述的導電銀墨水，其中所述銀墨水包括在約50重量百分比至約80重量百分比的範圍內的量的矽藻殼。
441.如實施例434至440中任一項所述的導電銀墨水，其中所述多個穿孔中的至少一個包括具有銀奈米結構的表面。
442.如實施例434至441中任一項所述的導電銀墨水， 其中所述多個穿孔中的至少一個包括具有銀晶種層的表面。
443.如實施例434至442中任一項所述的導電銀墨水，其中所述多個矽藻殼部分的實質上所有表面包括銀奈米結構。
444.如實施例434至443中任一項所述的導電銀墨水，其中所述紫外光敏感組分對波長比所述多個穿孔的尺寸短的光輻射敏感。
445.如實施例434至444中任一項所述的導電銀墨水，其中所述導電銀墨水可通過紫外輻射固化。
446.如實施例445所述的導電銀墨水，其中所述銀墨水為可固化的，在固化後可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中。
447.如實施例445或446所述的導電銀墨水，其中所述多個穿孔具有經組態以允許所述紫外輻射通過所述多個矽藻殼部分的尺寸。
448.如實施例434至447中任一項所述的導電銀墨水，其中所述導電銀墨水可熱固化。
449.如實施例434至448中任一項所述的導電銀墨水，其中所述紫外光敏感組分包括光起始劑。
450.如實施例449所述的導電銀墨水，其中所述光起始劑包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羥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個。
451.如實施例434至450中任一項所述的導電銀墨水，其中所述紫外光敏感組分包括光起始劑。
452.如實施例451所述的導電銀墨水，其中所述光起始劑包括2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基-1-丙酮及異丙基硫雜蒽酮中的至少一個。
453.如實施例434至452中任一項所述的導電銀墨水，其中所述紫外光敏感組分包括極性乙烯單體。
454.如實施例453所述的導電銀墨水，其中所述極性乙烯單體包括N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己內醯胺中的至少一個。
455.如實施例434至454中任一項所述的導電銀墨水，還包括流變改質劑、交聯劑、流動及調平劑、黏合增強劑、濕潤劑以及降黏劑中的至少一個。
456.如實施例434至455中任一項所述的導電銀墨水，其中所述銀奈米結構包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
457.一種製造銀膜的方法，所述方法包括：固化包括紫外光敏感組分及多個矽藻殼部分的混合物，在所述多個矽藻殼部分的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
458.如實施例457所述的方法，還包括在所述多個矽藻殼部分的表面上形成銀晶種層。
459.如實施例457或458所述的方法，還包括在所述晶種層上形成所述銀奈米結構。
460.如實施例457至459中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合以形成銀墨水。
461.如實施例457至460中任一項所述的方法，其中所述多個矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
462.如實施例457至461中任一項所述的方法，其中所述多個矽藻殼部分包括多個矽藻殼片。
463.如實施例460至462中任一項所述的方法，其中所述銀墨水在固化後可沉積於具有約5微米至約15微米厚度的層中。
464.如實施例457至463中任一項所述的方法，其中所述多個穿孔中的至少一個包括約250奈米至約350奈米的直徑。
465.如實施例457至464中任一項所述的方法，其中所述銀奈米結構包括約10奈米至約500奈米的厚度。
466.如實施例460至465中任一項所述的方法，其中所述銀墨水包括在約50重量百分比至約80重量百分比的範圍內的量的矽藻殼。
467.如實施例458至466中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括在所述多個穿孔內的表面上形成所述銀晶種層，以形成多個鍍銀晶種的穿孔。
468.如實施例458至467中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括在所述多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成所述銀晶種層。
469.如實施例459至468中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構包括在所述多個穿孔內的表面上形成所述銀奈米結構，以形成多個鍍銀奈米結構的穿孔。
470.如實施例459至469中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構包括在所述多個矽藻殼部分的實質上所有表面上形成所述銀奈米結構。
471.如實施例457至470中任一項所述的方法，其中固化所述混合物包括將所述混合物曝露於波長比所述多個穿孔的尺寸短的紫外光。
472.如實施例469至471中任一項所述的方法，其中固化所述混合物包括將所述混合物曝露於波長比所述多個鍍銀晶種的穿孔及所述多個鍍銀奈米結構的穿孔中的至少一個的尺寸短的紫外光。
473.如實施例457至472中任一項所述的方法，其中固化所述混合物包括熱固化所述混合物。
474.如實施例457至473中任一項所述的方法，其中所述紫外光敏感組分對波長比所述多個穿孔的尺寸短的光輻射敏感。
475.如實施例469至474中任一項所述的方法，其中所 述紫外光敏感組分對波長比所述多個鍍銀晶種的穿孔及所述多個鍍銀奈米結構的穿孔中的至少一個的尺寸短的光輻射敏感。
476.如實施例460至475中任一項所述的方法，其中使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合包括使所述多個矽藻殼部分與光起始劑組合。
477.如實施例476所述的方法，其中所述光起始劑包括乙氧基化己二醇丙烯酸酯、丙氧基化己二醇丙烯酸酯、乙氧基化三羥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個。
478.如實施例460至477中任一項所述的方法，其中使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合包括使所述多個矽藻殼部分與光起始劑組合。
479.如實施例478所述的方法，其中所述光起始劑包括2-甲基-1-(4-甲硫基)苯基-2-嗎啉基-1-丙酮及異丙基硫雜蒽酮中的至少一個。
480.如實施例460至479中任一項所述的方法，其中使所述多個矽藻殼部分與所述紫外光敏感組分組合包括使所述多個矽藻殼部分與極性乙烯單體組合。
481.如實施例480所述的方法，其中所述極性乙烯單體包括N-乙烯基-吡咯烷酮及N-乙烯基己內醯胺中的至少一個。
482.如實施例457至481中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與流變改質劑組合。
483.如實施例457至482中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與交聯劑組合。
484.如實施例457至483中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與流動及調平劑組合。
485.如實施例457至484中任一項所述的方法，還包括使所述多個矽藻殼部分與黏合增強劑、濕潤劑以及降黏劑中的至少一個組合。
486.如實施例457至485中任一項所述的方法，其中所述銀奈米結構包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
487.如實施例458至486中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括將循環加熱方案應用於第一銀供給組分及所述多個矽藻殼部分。
488.如實施例458至487中任一項所述的方法，其中形成所述銀晶種層包括使所述矽藻殼部分與晶種層溶液組合。
489.如實施例488所述的方法，其中所述晶種層溶液包括所述第一銀供給組分及晶種層還原劑。
490.如實施例459至489中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構包括使所述矽藻殼部分與奈米結構形成還原劑組合。
491.如實施例490所述的方法，其中形成所述銀奈米結構還包括在使所述矽藻殼部分與所述奈米結構形成還原劑組合 後，加熱所述矽藻殼部分。
492.如實施例459至491中任一項所述的方法，其中形成所述銀奈米結構還包括使用包括奈米結構形成溶劑及第二銀供給組分的滴定溶液滴定所述矽藻殼部分。
493.如實施例457至492中任一項所述的方法，其中所述多個矽藻殼部分是經由矽藻殼部分分離製程來獲得。
494.如實施例493所述的方法，其中所述製程包括使用界面活性劑減少多個矽藻殼部分的聚結及使用盤式堆疊離心機中的至少一個。
495.一種導電銀薄膜，包括：多個矽藻殼部分，在所述多個矽藻殼部分的每一個的表面上具有銀奈米結構，所述表面包括多個穿孔。
496.如實施例495所述的導電銀薄膜，其中所述多個矽藻殼部分包括多個破碎的矽藻殼部分。
497.如實施例495或496所述的導電銀薄膜，其中所述多個矽藻殼部分包括多個矽藻殼片。
498.如實施例495至497中任一項所述的導電銀薄膜，其中所述多個穿孔中的至少一個包括約250奈米至約350奈米的直徑。
499.如實施例495至498中任一項所述的導電銀薄膜，其中所述銀奈米結構包括約10奈米至約500奈米的厚度。
500.如實施例495至499中任一項所述的導電銀薄膜， 其中所述多個穿孔中的至少一個包括具有銀奈米結構的表面。
501.如實施例495至500中任一項所述的導電銀薄膜，其中所述多個穿孔中的至少一個包括具有銀晶種層的表面。
502.如實施例495至501中任一項所述的導電銀薄膜，其中所述多個矽藻殼部分的實質上所有表面包括銀奈米結構。
503.如實施例495至502中任一項所述的導電銀薄膜，其中所述銀奈米結構包括塗層、奈米線、奈米板、奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
504.如實施例495至503中任一項所述的導電銀薄膜，還包括黏合劑樹脂。
505.一種印刷能量儲存裝置，包括：第一電極；第二電極；以及在所述第一電極與所述第二電極之間的隔離層，所述第一電極和所述第二電極中的至少一個包含多個包括含錳奈米結構的矽藻殼。
506.如實施例505所述的裝置，其中所述矽藻殼具有實質上均一的性質，所述實質上均一的性質包含矽藻殼形狀、矽藻殼尺寸、矽藻殼孔隙率、矽藻殼機械強度、矽藻殼材料和矽藻殼破碎程度中的至少一個。
507.如實施例505或506所述的裝置，其中所述含錳奈米結構包括錳的氧化物。
508.如實施例507所述的裝置，其中所述錳的氧化物包括氧化錳(II,III)。
509.如實施例507或508所述的裝置，其中所述錳的氧化物包括氧氫氧化錳。
510.如實施例505至509中任一項所述的裝置，其中所述第一電極和所述第二電極中的至少一個包括包括氧化鋅奈米結構的矽藻殼。
511.如實施例510所述的裝置，其中所述氧化鋅奈米結構包括奈米線和奈米板中的至少一個。
512.如實施例505至511中任一項所述的裝置，其中所述含錳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的實質上所有表面。
513.一種能量儲存裝置的膜，所述膜包括包括含錳奈米結構的矽藻殼。
514.如實施例513所述的膜，其中所述含錳奈米結構包括錳的氧化物。
515.如實施例514所述的膜，其中所述錳的氧化物包括氧化錳(II,III)。
516.如實施例514或515所述的膜，其中所述錳的氧化物包括氧氫氧化錳。
517.如實施例513至516中任一項所述的膜，其中至少一些所述含錳奈米結構包括奈米纖維。
518.如實施例513至517中任一項所述的膜，其中至少 一些所述含錳奈米結構具有四面體形狀。
519.如實施例513至518中任一項所述的膜，其中所述能量儲存裝置包括鋅-錳電池。
520.一種用於印刷薄膜的墨水，所述墨水包括：溶液；以及分散於所述溶液中的包括含錳奈米結構的矽藻殼。
521.如實施例520所述的墨水，其中所述含錳奈米結構包括錳的氧化物。
522.如實施例520或521所述的墨水，其中所述含錳奈米結構包括MnO2、MnO、Mn2O3、MnOOH和Mn3O4中的至少一個。
523.如實施例520至522中任一項所述的墨水，其中至少一些所述含錳奈米結構包括奈米纖維。
524.如實施例520至523中任一項所述的墨水，其中至少一些所述含錳奈米結構具有四面體形狀。
525.一種在矽藻殼部分上形成含錳奈米結構的方法，所述方法包括：添加所述矽藻殼到氧化的乙酸錳溶液中；以及加熱所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液。
526.如實施例525所述的方法，更包括形成所述氧化的乙酸錳溶液，其中形成氧化的乙酸錳溶液包括在氧化的水中溶解乙酸錳(II)。
527.如實施例526所述的方法，其中所述氧化的乙酸錳溶液中的所述乙酸錳(II)的濃度在約0.05M與約1.2M之間。
528.如實施例525至527中任一項所述的方法，更包括形成所述氧化的乙酸錳溶液，其中形成氧化的乙酸錳溶液包括在氧化的水中溶解錳鹽。
529.如實施例528所述的方法，更包括添加氧化劑到氧化的乙酸錳溶液中。
530.如實施例529所述的方法，其中所述氧化劑包括過氧化物。
531.如實施例526至530中任一項所述的方法，更包括形成所述氧化的水，其中形成氧化的水包括將氧氣鼓泡到水中。
532.如實施例531所述的方法，其中將所述氧氣鼓泡到所述水中持續約10分鐘到約60分鐘的持續時間。
533.如實施例525至532中任一項所述的方法，其中所述氧化的乙酸錳溶液中的所述矽藻殼的重量百分比在約0.01重量%與約1重量%之間。
534.如實施例525至533中任一項所述的方法，更包括熱處理所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液。
535.如實施例534所述的方法，其中熱處理所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液包括使用熱技術。
536.如實施例535所述的方法，其中使用所述熱技術包括持續在約15小時與約40小時之間將所述矽藻殼和所述氧化的 乙酸錳溶液維持在一定溫度下。
537.如實施例536所述的方法，其中所述溫度在約50℃與約90℃之間。
538.如實施例535所述的方法，其中使用所述熱技術包括將所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液維持在約50℃與約90℃之間的溫度下。
539.如實施例534至538中任一項所述的方法，其中熱處理所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液包括使用微波技術。
540.如實施例539所述的方法，其中使用所述熱技術包括持續在約10分鐘與約120分鐘之間將所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液維持在一定溫度下。
541.如實施例540所述的方法，其中所述溫度在約50℃與約150℃之間。
542.如實施例539所述的方法，其中使用所述熱技術包括將所述矽藻殼和所述氧化的乙酸錳溶液維持在約50℃與約150℃之間的溫度下。
543.如實施例525至542中任一項所述的方法，其中含碳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的一些表面。
544.如實施例543所述的方法，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米管。
545.如實施例543或544所述的方法，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米-洋蔥。
546.如實施例543至545中任一項所述的方法，其中所述含碳奈米結構包括還原的氧化石墨烯。
547.如實施例505至512中任一項所述的裝置，其中所述含錳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的其它表面，所述含錳奈米結構與所述含碳奈米結構相穿插。
548.如實施例547所述的裝置，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米管。
549.如實施例547或548所述的裝置，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米-洋蔥。
550.如實施例547至549中任一項所述的裝置，其中所述含碳奈米結構包括還原的氧化石墨烯。
551.如實施例513至519中任一項所述的膜，其中所述含錳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的其它表面，所述含錳奈米結構與所述含碳奈米結構相穿插。
552.如實施例551所述的膜，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米管。
553.如實施例551或552所述的膜，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米-洋蔥。
554.如實施例551至554中任一項所述的膜，其中所述含碳奈米結構包括還原的氧化石墨烯。
555.如實施例520至524中任一項所述的墨水，其中所述含錳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的其它表面，所述含錳奈米結構與所述含碳奈米結構相穿插。
556.如實施例555所述的墨水，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米管。
557.如實施例555或556所述的墨水，其中所述含碳奈米結構包括碳奈米-洋蔥。
558.如實施例555至557中任一項所述的墨水，其中所述含碳奈米結構包括還原的氧化石墨烯。
雖然已在某些實施例及實例的情形中揭示本發明，但本領域技術人員應瞭解，本發明擴展超出特定所揭示的實施例而涵蓋其它替代實施例和/或本發明的用途以及其明顯改變及等效物。此外，雖然已展示且詳細描述本發明的實施例的若干變化，但本領域技術人員基於本揭示內容應易於明瞭屬於本發明的範圍內的其它改變。亦考量了可進行實施例的特定特徵及方面的不同組合或子組合，且其仍屬於本發明的範圍內。應瞭解，所揭示的實施例的不同特徵及方面可彼此組合或相互替代，以便形成所揭示的本發明的實施例的不同模式。本文揭示的任何方法不必以所述次序進行。因此，意圖本文中所揭示的本發明的範圍不應由上述的特定實施例限制。
本文揭示的方法包含由從業者採取的某些行動；但是， 其也可以包含那些行動的任何明確或通過暗示的第三方指示。舉例來說，諸如“添加矽藻殼到氧化的乙酸錳溶液中”的行動包含“指示添加矽藻殼到氧化的乙酸錳溶液中”。
本文揭示的範圍也包涵任何和所有重疊、子範圍和其組合。諸如“至多”、“至少”、“大於”、“小於”、“在……之間”等的語言包含所述的數目。前面是諸如“約”或“大致”的術語的數目包含所述數目。舉例來說，“約3mm”包含“3mm”。
本文中所提供的標題(若存在)僅為方便起見，且不一定影響本文中所揭示的裝置和方法的範圍或含義。
100‧‧‧能量儲存裝置
110‧‧‧集電體
120‧‧‧集電體
130‧‧‧隔離層
140‧‧‧第一電極
150‧‧‧第二電極

Claims (21)

  1. 一種印刷能量儲存裝置，包括：第一電極；第二電極；以及在所述第一電極與所述第二電極之間的隔離層，所述第一電極和所述第二電極中的至少一個包括含有含錳奈米結構的多個矽藻殼。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的印刷能量儲存裝置，其包括鋅-錳電池。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含錳奈米結構是非導電的。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含錳奈米結構包括錳的氧化物。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述錳的氧化物包括氧化錳(II,III)和氧氫氧化錳中的至少一個。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述錳的氧化物包括氧化錳(II,III)，且其中至少一些所述含錳奈米結構包括四面體形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的印刷能量儲存裝置，其中至少一些所述含錳奈米結構包括奈米纖維。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含錳奈米結構處於多個所述矽藻殼的外表面 及內表面兩者上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含錳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的一些表面且含碳奈米結構覆蓋所述矽藻殼的其它表面，所述含錳奈米結構與所述含碳奈米結構相穿插。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含碳奈米結構包括還原的氧化石墨烯。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的印刷能量儲存裝置，其中其中所述含碳奈米結構包括石墨烯、碳奈米管、碳奈米-洋蔥中的至少一個。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含碳奈米結構包括單壁碳奈米管。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述含錳奈米結構覆蓋多個所述矽藻殼的所有表面。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的印刷能量儲存裝置，其包括鋅-錳電池，其中所述第一電極包括含有所述含錳奈米結構的多個第一矽藻殼，所述含錳奈米結構包括四面體形狀及細長纖維狀形狀中的至少一個，所述第二電極包括含有氧化鋅奈米結構的多個第二矽藻殼。
  15. 如申請專利範圍第8項所述的印刷能量儲存裝置，其包括鋅-錳電池，其中所述第一電極包括含有所述含錳奈米結構的多個第一矽藻殼，所述第二電極包括含有氧化鋅奈米結構的多個第 二矽藻殼，所述隔離層包含多個第三矽藻殼。
  16. 如申請專利範圍第8項所述的印刷能量儲存裝置，所述第一電極和所述第二電極中的至少一個包括含有氧化鋅奈米結構的矽藻殼。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述氧化鋅奈米結構包括奈米線和奈米板中的至少一個。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述氧化鋅奈米結構包括奈米粒子的緻密陣列、奈米帶以及奈米盤中的至少一個。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述氧化鋅奈米結構覆蓋多個所述矽藻殼的所有表面。
  20. 如申請專利範圍第16項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述矽藻殼具有均一的性質，所述均一的性質包含矽藻殼形狀、矽藻殼尺寸、矽藻殼孔隙率、矽藻殼機械強度、矽藻殼材料以及矽藻殼破碎程度中的至少一個。
  21. 如申請專利範圍第16項所述的印刷能量儲存裝置，其中所述矽藻殼包括未破碎的矽藻殼。
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