纳米线的制造技术

专利名称：纳米线的制造技术
纳米线的制造技术领域本发明涉及制造具有纳米量级直径的线。 优先权要求本申请要求以下澳大利亚临时专利申请的优先权于2005年10月12日提交的标题为"Fabrication of Nanowires"的 2005卯5619;以及于2005年10月12日提交的标题为"Method and Device for Forming Microstructured Fibre"的2005905620。这些申请的每一个的全部内容通过援引的方式纳入本文中。 文件援引2006年3月5至10日在阿纳海姆的光纤通信会议(OFC，2006 ), Paper OThH4， 2006; K丄Rowland、 Shahraam Afshar V、 T.M.Monroe 的"Nonlinearity enhancement of filled microstructured fibres operating in the nanowire regime"。该公开的全部内容通过援引的方式纳入本文中。
技术背景纳米线是直径在直至几百纳米的范围内的线。纳米线对它们周围的 环境极度敏感，因此适用于多种传感应用。纤维的几何构型提供极长的 光路，并且允许使用很小的样品体积。纳米线通过检测光的变化而起作用，由此，纳米线起到光的"导轨" 的作用，因为大部分光位于周围覆层中，所述覆层包括填充有空气或液 体的孔，因此光能够与孔中的任何材料(气体，液体，微粒，等等)相 互作用。由于与所述材料相互作用所引起的光的模场特性的变化，将沿 着纳米线传输、并且能够在纳米线设备的输出端处检测。相比于具有更大直径的线，纳米线具有增强的敏感性，因为环境中光的功率分数，对于纳米线要比对于更大直径的线大很多。光在纳米线 周围的液体中的更大功率分数使得光和液体的交叠更大，因而纳米线的 敏感性增强。然而，制造纳米线却非常困难。在实验室中制造纳米线是一个需要 相当多技术的过程，尤其因为期望生产出直径在整个线长上基本不波动 且侧壁的粗糙度保持为最小的线。直径波动、侧壁粗糙以及污染物能使 得该线不适用于低损光波导。为了具有广阔的商业应用，期望纳米线具有足够的长度用于实际使 用。例如，可能需要该线作为传感器，嵌入到具有量级为米的尺度的结 构中。但是，已知的制造纳米线的技术生产出很短的线部分，这在科研 上引起关注，但是商业上的应用非常有限。一种已知的形成纳米线的技术包括两步拉丝过程。第一步骤包含使 用火焰将石英纤维拉丝成微米直径的线。第二步骤，将拉成丝的线的一 端水平地放到锥形尖端(通常是刚玉纤维锥形体)上，并绕尖端的轴旋转该尖端以缠绕石英纳米线。使用这种技术，能够获得直径小于50nm 的纳米线，但是，所生产出的线的长度仅为几十亳米的量级。更长纳米 线的可以预见的问题是，虽然它们对它们的周围环境极敏感，但是在处 理期间它们很易碎、并且易于受到污染。支撑纳米线的一个方式是将线 装入诸如气凝胶的多孔物质中。这允许对该线进行处理，但是，缺点是 这样的布置不灵活，这限制了商业应用以及作为传感器的能力。不过，完全封入支撑结构中的纳米线失去了进行点检测的能力，因 为核心可能不够靠近表面壁。本发明的目的是解决以上讨论的问题中的至少一个。 发明内容根据本发明的一个方面，提供一种形成包含纳米线的纤维的方法， 该方法包括形成第一预制件，该预制件包括中心部分和支撑所述中心部分的支 撑结构；将所述第 一预制件拉丝以形成长条；形成外侧部分，所述外侧部分具有用于接收所述长条的长条接收部分;将所述长条插入到所述长条接收部分中以形成第二预制件；以及将所述第二预制件拉丝直至所述中心部分成为纳米线。在一种形式中，所述第一预制件通过挤出形成。在一个方面中，所述外侧部分形成为用于提供通向所述长条接收部 分的空间。在一种形式中，所述空间是外侧部分中的楔形切口。在另一种形式中，所述方法还包括蚀刻掉所述支撑结构露出在所述 空间中的至少一部分，以露出所述纳米线。在一种形式中，所述第一预制件由软质玻璃制成。 在其一个方面中，所述软质玻璃是硅酸铅。在另一种形式中，所述第一预制件由聚合物制成。 根据本发明的另一个方面，提供一种包含纳米线的纤维，所述纤维包括限定所述纤维外表面的外侧部分； 在所述外侧部分内的纳米线；以及在所述外侧部分和所述纳米线之间支撑所述纳米线的支撑结构。 在一种形式中，所述纤维还包括围绕所述纳米线的至少一个覆层区域。在一种形式中，所述支撑结构包括至少一个从中心部分沿径向延伸 的支柱。在一个方面中，所述至少一个支柱终止于形成所述支撑结构周界的 壁部分。在另一个方面中，所述支撑结构包括从所述中心部分沿径向延伸的四个支柱。
在一种形式中，所述壁部分限定正方形的横截面。
在一个方面中，所述外侧部分包括切口，用于提供到所述壁部分的 一部分的入口。
在另一个方面中，所述壁部分限定横截面为正方形的三个侧边。 在一种形式中，所述切口为楔形。
根据本发明的另一个方面，提供一种形成纳米线的方法，该方法包括:
形成预制件结构，所述结构包括由支撑结构支撑的中心部分和围绕所 述中心部分和所述支撑结构的外侧部分；以及
将所述预制件结构拉丝直至所述中心部分成为纳米线。
在一种形式中，形成所述预制件结构的步骤包括将所述中心部分和 所述支撑结构插入到所述外侧部分中。
在另一种形式中，形成所述预制件结构的步骤包括挤出所述预制件 结构。
在一个方面中，所述方法还包括通过将第一预制件结构拉丝来形成 所述中心部分和所述支撑结构。
在另一个方面中，所述方法还包括通过挤出形成所述第一预制件结构。
根据本发明的另一个方面，提供一种根据前述方法中的任意一种方 法形成的纳米线。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于形成包含纳米线的纤维的
预制件，所述预制件包括
由支撑结构支撑的中心部分；以及
围绕所述中心部分和支撑结构的外侧部分。
在一种形式中，所述支撑结构包括至少一个从所述中心部分沿径向延伸的支柱。
在一种形式中，所述至少一个支柱终止于形成所述支撑结构周界的 壁部分。
在另一种形式中，所述支撑结构包括从所述中心部分沿径向延伸的 四个支柱。
在一种形式中，所述壁部分限定正方形的横截面。
在一种形式中，所述外侧部分包括切口，用于提供通向所述壁部分 的一部分的入口。
在一种形式中，所述切口为楔形。
在另一种形式中，所述四个支柱终止于所述壁部分的各角落。 根据本发明的另一个方面，提供一种形成纳米线的方法，所述方法
包括将具有由支撑结构支撑的中心部分的长条拉丝，直至所述中心部 分成为纳米线。
根据本发明的另一个方面，提供一种增加纳米线的非线性特性的方 法，所述方法包括用非线性流体围绕在所述纳米线周围。
在一种形式中，所述纳米线由支撑结构和外侧部分围绕其周围，限 定至少一个与所述纳米线流体连通的通道，所述用非线性流体围绕所述 纳米线周围的步骤包括将所述非线性流体引入所述至少一个通道中。
在一种形式中，所述非线性流体是二硫化碳。
根据本发明的又一个方面，提供一种根据前述方法中的任意一种方 法形成的包含纳米线的纤维。
根据本发明的又一个方面，提供一种包括根据本发明任一个前述方 面的纤维、用于感测在所述至少一个覆层区域内存在的环境的至少一个 参数的传感器。
才艮据本发明的又一个方面，提供一种形成包含多条纳米线的纤维的方 法，该方法包括形成第一预制件，所述第一预制件包括多个中心部分和用于支撑所述
多个中心部分的支撑结构；
将所述第 一预制件拉丝以形成长条；
形成外侧部分，所述外侧部分具有用于接收所述长条的长条接收部分；
将所述长条插入到所述长条接收部分中以形成第二预制件；以及
将所述第二预制件拉丝直至所述多个中心部分成为纳米线。
在一种形式中，所述第一预制件通过挤出形成。
在一种形式中，所述外侧部分形成为用于提供通向所述长条接收部 分的空间。
在一种形式中，所述空间是所述外侧部分中的楔形切口。
在一种形式中，所述方法还包括蚀刻掉所述支撑结构暴露于所述空 间的至少一部分，以露出至少一条纳米线。
在一种形式中，所述第一预制件由软质玻璃制成。
在一个方面中，所述软质玻璃是硅酸铅。
在另一种形式中，所述第一预制件由聚合物制成。
根据本发明的另一个方面，提供一种包含多条纳米线的纤维，所述 纤维由本发明前述方面中的方法制成。
在一种形式中，纳米线的数量为2。
在另一种形式中，纳米线的数量为3。
根据本发明的又一个方面，提供一种长度大于10mm的纳米线。
在一种形式中，所述纳米线长度约为lkm。
在另一种形式中，所述纳米线长度约为10km。
在本说明书中，除非文中另有需要，否则用词"包括"、"包含，，以 及诸如"包括...的"和"包含...的"的演化将理解为涵盖所陈述的一个或一组统一体(integer),但是不排除任何其它的一个或一组统一体。
本说明书中对任何现有技术的引用都不是、并且不应该看作是承认 或以任意形式暗示这样的现有技术构成公知常识的一部分。
现在将参照附图并如图所示地进一步详细描述本发明的具体实施 方式。所述实施方式是说明性的，并不意味着是对本发明范围的限制。 其它实施方式的建议和描述可包含在本发明的范围之内，但是它们可能 没有在附图中被示出，或者本发明的特征可能在附图中示出了、但是说 明书中没有描述。


所附说明图中图示了本发明的实施方式，在附图中
图1A是本发明中使用的第一预制件的截面图1B是图1A的第一预制件的替代形式的截面图1C是图1A的第一预制件的立体图2是根据图1A的第一预制件得到的长条的立体图3A是图1A的第一预制件的替代结构的截面图，示出两个中间部
分；
图3B是图3B的第一预制件的替代结构的截面图3C是第一预制件的替代结构的截面图，具有三个中间部分；
图3D是第一预制件的替代结构的截面图，具有四个中间部分；
图4A是本发明中使用的外侧部分或长条封套的截面图4B是图2A的外侧部分或长条封套的立体图5是本发明中使用的第二预制件的立体图6示出了根据本发明一个方面包含纳米线的成品纤维，该图示出 了各种放大倍数；图7A示出壁部分被蚀刻掉的图6的成品纤维； 图7B示出两个支柱也被蚀刻掉的图7A的成品纤维； 图8示出根据本发明一个方面形成纳米线的一个方法的流程以及
图9示出根据本发明另一方面形成纳米线的另一个方法的流程图。
具体实施例方式
根据本发明一个方面，首先形成其中具有所需结构的第一预制件。 图1A是第一预制件10的截面图，该第一预制件IO包括具有围绕中心 部分16的壁12和支柱14的支撑结构。将理解，术语"中心部分"并 不意味着指示几何或数学中心，而是指由支撑结构支撑的区域或元件， 它可以偏离中心，并且实际上可以是几个其它"中心部分"中的一个。 支撑结构和中心部分还可以限定沿第一预制件10的纵轴延伸的覆层或 空气通道18。这样的目的将会在下面进行更详细的描述。将理解，提供 覆层区域并不是必需的。
在一个形式中，通过将适当材料的坯体挤出通过适当设计的模具 来形成第一预制件10。用于形成第一预制件的适当材料包括聚合物和诸 如氟化物、重金属氧化物、硫系化合物以及其它玻璃类型的软质玻璃。 在一个具体的实施方式中，所述材料是诸如硅酸铅的软质玻璃，其在520
。C的温度下以0.2mm/min的固定冲击速度下穿过模具。
在本发明的其它形式中，第一预制件10可以通过其它方法形成， 所述其它方法包括模制、铸造、钻削堆叠(drilling stacking)或者甚至 是手动组装。
图1A中第一预制件的宽度为大约25mm,但是，该宽度可以是任 意适当尺寸，包括在大约5mm至50mm (非穷举)或更多附近变化， 并且可以是10mm至20mm， 15mm至25mm， 20mm至30mm， 25mm 至40mm， 30mm至50mm或更多，并且当通过挤出而形成时，所述宽 度将取决于该预制件被挤出通过其中的模具的尺寸。
类似地，中心部分16的直径能够根据需要而变化，在一个示例中为大约2mm。
一种适当的才莫具和挤出方法在标题为"Method and device for forming micro-structured fibre"的共同未决的申请中进行详述，该申 请要求于2005年10月12日提交的澳大利亚临时专利申请no. 2005卯5620的优先权，该临时专利申请的全部内容通过援引的方式纳入 本文中。
将理解，能够在第一预制件10内布置任意可行数目的支柱。例如， 能够使用三个支柱而不是四个。事实上，支柱的数目能够是l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10或者更多。而且，第一预制件并不需要具有正方 形形状的横截面，而是能够是任意期望的形状。例如，横截面可以是圆 形、三角形、矩形、五边形、六边形、七边形、八边形等等，或者是不 规则的形状。还有一种选择是将支柱成形为与图1A所示的那些形状不 同，例如，支柱可以是弯曲的，从而限定具有基本上半圆形横截面的覆 层或空气通道。图1B示出这种结构的示例。能够使用任意其它形状， 包括楔形或具有不规则侧边。也能够使用这些的任意组合；实际上，各 单独的支柱不需要具有同样的形状。
图1C是第一预制件10的立体图，示出图1A中描绘的预制件的 三维结构。
一旦形成，第一预制件10就在拉丝塔中被缩减尺寸，以形成图2 中所示的长条20。拉丝的动作和拉丝塔的使用在用于形成纤维的现有技 术中已经公知，与此有关的细节不必在此描述。在该具体示例中，将预 制件移入拉丝塔加热炉的高温区的进给速度在每分钟几毫米的量级，例 如0.5/min到3/min，而与以多快的速度将材料移出高温区有关的拉丝 速度为每分钟几百或几千亳米的量级，例如10m/min到20m/min。对于 以上给出的预制件尺寸的示例数值，提供大约lmm的长条宽度，并具 有大约77微米的核心直径。图2示出长条20长度的一部分(没有按比 例画出)。将理解，该长条具有与第一预制件相同的拓朴(尽管形状和 尺度在长条制备过程中由于结构的尺寸缩减而可能会有变化)。
如前所述，还有一种选择，即，第一预制件10具有两个(或更多 个)中心部分16a和16b (例如，各中心部分偏离第一预制件10的几 何中心，但是形成独立支柱结构的中心)。图3A到3D示出具有多个中心部分的第一预制件的横截面。在图3A中，支柱14布置成使得两个中 心部分16a和16b相连接。在图3B中，支柱布置成使得两个中心部分 16a和16b彼此不连接。还有可能，适当的模具或其它技术能够生产出 具有以适当几何构型布置的三个、四个、五个、六个、七个、/乂个、九 个、十个或更多个中心部分的第一预制件。
图3C示出具有三个中心部分16a、 16b和16c的第一预制件10 的横截面。注意在该示例中，第一预制件10具有三角形边界，但是能 够具有任何其它适当的形状。在图3D中，第一预制件10具有四个中心 部分16a、 16b、 16c和16d。该预制件具有半圆形边界。
具有多于一个中心部分的优势在于多个中心部分允许形成多条纳 米线(下面更详细进行描述)。然后各条纳米线能够作为独立传感器或 作为耦合传感器使用，并且根据需要，各纳米线传感器能够具有不同的 光镨特性。可替代地， 一条纳米线能够作为光在一个方向上的导轨，另 一条纳米线能够作为所述光的返回导轨。
图4A是长条封套或外侧部分22的截面图，其也可以使用与挤出 第 一预制件相似的温度和速度通过挤出穿过适当设计的模具而形成。当 然，可以使用任意其它方法，例如，铸造、钻削或模制。该封套可以由 与以上描述的用于第一预制件的材料相同的材料形成，或者如果适合由 不同的材料形成。
长条封套22具有长条接收部分24，该长条接收部分24形成沿长 条封套的纵轴延伸的纵向通道。该纵向通道在图4B中更为清晰地示出， 图4B是图4A的长条封套22的立体图。
长条接收部分24布置在空间内，在一个实施方式中，所述空间是 楔形切口26。该楔形切口允许将长条20手动插入到封套中，从而形成 预制件组件或者如图5所示的第二预制件28。图5是预制件组件28的 立体图，示出布置在长条封套22内的长条20。可替代地，长条20可以 从一端滑入到长条接收部分中。
存在下面的选择，将类似于预制件组件28的结构制备成一个整体 式预制件，而不是如上所述由两个分开制备、然后结合在一起的部件形 成。但是，如果长条20的尺寸较小(即长条宽度是lmm)，那么优选的是使用宏观的第 一预制件拉丝制成长条，因为这样确保所述尺寸沿长 条长度保持一致。然而，提供整体式长条和长条封套的复杂结构可以通
过例如使用模具挤出而获得，所述模具诸如是在标题为"Method and Device for Forming Microstructured Fibre"的前述援引文件中所描述的 模具。
如上所述，还存在下面的选择，第一预制件IO具有不是正方形横 截面的横截面。在这种情况下，封套22的长条接收部分24将具有对应 的形状，以将长条20贴合地装配到接收部分中。例如，如果长条20具 有圆形横截面，那么能够将封套22的长条接收部分成形为半圆。如果 长条20具有三角形，那么也能够将长条接收部分成形为三角形。
在一个实施方式中，长条封套具有大约23mm的外径、以及具有 大约1.3mm的内部边到边长度的长条接收部分。同样，任何其他适当 的尺寸都将是可能的，本领域技术人员将理解。
一旦进行了组装，预制件组件或第二预制件28就在拉丝塔中被进 行拉丝，用以产生具有核心31的纤维30 (图6)。每分钟几亳米例如 0.5mm/min到3mm/min的预制件进给速度和每分钟几十米例如 10m/min到20m/min的拉丝速度的组合，4吏得预制件组件能够缩减尺寸 成为具有100到200微米的外部宽度和几百纳米的核心大小的纤维。对 于以上给出的有关预制件组件的示例尺度，这将导致产生具有约150微 米的外径和约0.5微米的核心直径的拉丝纤维。这个示例中产生的纤维 和纳米线的长度大约为lkm。
根据本发明各方面产生的纳米线能够实现比当前可实现的那些长 度大非常多的长度。以整体形式产生的纳米线的长度可以在几十亳米到 几十万米的长度范围之内。例如，纳米线可以是5mm到10mm、 lcm 到5cm、 5cm到10cm、 10cm到20cm、 20cm到50cm、 15cm到75cm、 50cm到100cm、 100cm到250cm、 200cm到500cm、 500cm到1000cm、 lkm到1.5km、 2km到5km、 5km到10km、 10km到50km、 50km到 100km、 100km到200km。
应该理解，纤维30具有与预制件组件28基本相同的拓朴，但是 横截面尺度明显减小。最重要地，第一预制件10的中心部分16现在具 有纳米量级的宽度，从而提供纳米线32。纳米线32由支撑结构或壁12支撑，所述支撑结构或壁围绕该线 定义覆层或空气通道18。使用中，被导向的光的主要部分将处于围绕纳 米线32的空气通道18中，纳米线作为光的导轨而非管道。支撑结构12 进一步由封套22支撑，这允许纳米线32能够作为传统纤维被处理。由
外部封套提供给纳米线的这种结构整体性意味着过去给制造的纳米线 带来困难的易碎和污染问题在 一 定程度上得以消除。
在图6中，支撑结构或壁12的暴露于周围空气的部分能够清楚地 看到，并标示为壁34。在壁34为聚合物的情况下能够使用有机溶剂(例 如丙酮)、在其为软质玻璃的情况下能够使用无机酸(例如，硝酸、硫 酸或盐酸)将其蚀刻掉，以将纳米线32的一部分暴露于周围的气氛。 蚀刻连续长度的纤维将提供沿纤维长度的环境敏感性(端部除外，其中 一端将最终被连接到光源，另一端将最终连接到检测器)。可替代地， 能够按需选择性地蚀刻壁34的部分，以允许局部性地通入纤维30的核 心31。
存在下面的选择，楔形切口 26具有允许到纤维30的核心31的某 种通入的任何形状。例如，封套22的切口能够是具有基本上相互平行 的侧边的凹槽。
露出的核心纤维解决了被支撑的纳米线一定会因为所述支撑而折 损其敏感性的问题。取而代之的是，在该布置中，因为核心尽可能地靠 近表面，因此纳米线既被支撑又很敏感。
应该理解，支柱14可以布置为使得一旦支撑结构12的一部分被 蚀刻掉，并不是纤维30的整个核心31都暴露出来，例如， 一个空气通 道18 (见图1A)暴露于周围空气。其余的空气通道保持密封，这减少 了核心的污染。图7A示出这样的布置，其中壁34已蚀刻掉或以别的方 式去除，使得通道18、进而使得纳米线32部分地暴露于环境。这使得 另外三个通道18相对于环境仍旧是密封的。
当然还将理解，有可能以下面的方式进行蚀刻，即不仅壁34而且 在壁34端部的两个支柱被全部或部分地蚀刻掉，因此将待感测液体可 进入三个空气通道。在这种情况下，核心可以仅仅由两个支柱支撑，如 图7B所示。在这样的布置中， 一个通道18仍旧与环境隔离。还有下面的选择，将长条20制备为缺少一个或更多个壁，使得在 纳入封套22中时纳米线就露出而无需蚀刻。但是，在纤维形成后对壁 进行蚀刻(如上所述)减少了在纤维使用之前纳米线到周围环境中的暴 露，从而减少了污染。
尽管并不是必须的，但是具有一个或多个"密封，，通道以允许不 同液体的引入和隔离可能是有用的。这能够用来允许在两种不同环境之 间进行差异检测，或者实际上使用其中 一个通道来容纳基准液体以提供 内部基准。
应用中，引入到通道的材料(气体，液体，微粒等等)可以用来 增加由根据本发明各方面的结构形成的传感器的非线性。具体而言，已 经发现，将非线性流体诸如二硫化碳(CS2)引入到通道中，会显著增 加诸如本发明提供的软质玻璃纳米线和具有纳米线核心的微结构纤维 的有效非线性系数。
这种应用在2006年3月5至10日的阿纳海姆光纤通信会议 (OFC，2006 )上Paper OThH4中K.J.Rowland, Shahraam Afshar V, T.M.Monroe的标题为 "Nonlinearity of filled microstructured fibres operating in the nanowire regime"的文章中有更详细的论述，其全部内 容通过援引被纳入本文中。
在其它应用中，有用的信息能够通过激发通道内的一种或多种材 料以使它们向纳米线本身中发射能量(或者荧光)来获得，然后所述信 息能够在纳米线/纤维结构的端部进行检测并和分析。
通过简单地对图2示出的长条结构进行拉丝、直至中心部分具有 作为纳米线的期望尺寸来生产纳米线，也在本发明的范围之内。实际上， 通过直接对预制件进行拉丝以形成纳米线在本发明一个方面的范围之 内。
形成完全露出的纳米线也在本发明的范围之内。这可以通过多种 方式完成，包括根据本发明的各种方面形成被围住的纳米线、然后蚀刻 或者以其它方式溶解掉外侧部分或封套以及支撑结构从而将里面的纳 米线露出。在这种情况下，中心部分可以由与支撑结构和外侧部分不同 的材料构成，以便于选择性地去除围绕纳米线的材料。可替代地，能够将支撑结构完全蚀刻掉，以允许外侧部分和纳米线分开。
当然，如果纳米线是通过筒单对长条进行拉丝而形成，而没有使 用外侧部分(或长条封套)，如上所述地，那么将仅需溶解支撑结构以 将纳米线完全露出。
图8是示出根据以上描述的一种方法的各个步骤的流程图。在步 骤100，通过诸如挤出的任何适当方式，形成如图1A和1C所示的第一 预制件。在步骤102，将该第一预制件拉丝以形成如图2中所示的长条。 在步骤102，将该长条插入到如图5所示的长条封套中，以形成预制件 组件。在步骤103,接着将该预制件组件拉丝，直至其达到期望尺度、 具体而言是直至(一个或多个)中心部分已经达到如上所述、并且如图 6所示的纳米线的尺寸。
所得到的制件是其中包含纳米线的纤维。可选的步骤接着示为步 骤104(虚线)，在该步骤中，将该纤维的至少一部分蚀刻掉或者以其它 方式去除，以露出一部分纳米线用于在诸如感测的应用中使用。当然将 理解，在一些应用中，诸如在光通信中，可能期望使得纳米线完全包封 在纤维中，因而将不进行蚀刻或去除。还可以选择完全去除纤维，使得 纳米线完全露出来，以根据需要用于其他应用。
图9示出形成包含纳米线的纤维的替代方法。在该方法中，在步 骤200,通过任何适当方式形成如图l所示的第一预制件，在步骤201, 将该第一预制件拉丝，并继续将其拉丝直至达到期望的尺寸，诸如直至 (一个或多个)中心部分达到纳米线的尺寸。
还将理解，具体方能够在不同阶段进行本发明的一个或多个方面。 例如， 一方能够形成第一预制件，另一方能够从该方获得所预制的第一 预制件，并将其拉丝成长条或直接拉丝成包含纳米线的纤维，再一方能 够获得该长条并将其拉丝成包含纳米线的纤维，又一方接着能够根据想 要的应用而按需蚀刻该包含纳米线的纤维。
本发明旨在覆盖这些方法的所有组合。
根据本发明各个方面生产的纳米线和纤维具有许多应用，包括但 不限于用在科研、医学、军事/防御和商业应用中的传感器；用于诸 如计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话等电子产品的显示器；用于摄像机和摄像电话的图像显示器和传感器；光学数据存储器；光学通 信；光学数据处理；交通灯；雕刻；以及激光应用。
本领域技术人员将会理解，本发明不限于用在所描述的具体应用 中。本发明也不限于具有本文所描述或描绘的具体要素和/或特征的优 选实施方式。将理解，能够做出各种改进而不脱离本发明的原理。
因此，本发明应该理解为包括在其范围之内的所有这种改进。
权利要求
1.一种形成包含纳米线的纤维的方法，该方法包括形成第一预制件，该预制件包括中心部分和支撑所述中心部分的支撑结构；将所述第一预制件拉丝以形成长条；形成外侧部分，所述外侧部分具有用于接收所述长条的长条接收部分；将所述长条插入到所述长条接收部分中以形成第二预制件；以及将所述第二预制件拉丝直至所述中心部分成为纳米线。
2. 如权利要求l所述的方法，其中所述第一预制件通过挤出形成。
3. 如权利要求l所述的方法，其中所述外侧部分形成为提供通向 所述长条接收部分的空间。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述空间是所述外侧部分中的 楔形切口。
5. 如权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括蚀刻掉所述支 撑结构露出在所述空间中的至少一部分，以露出所述纳米线。
6. 如权利要求l所述的方法，其中所述第一预制件由软质玻璃制成o
7. 如权利要求6所述的方法，其中所述软质玻璃是硅酸铅。
8. 如权利要求l所述的方法，其中所述第一预制件由聚合物制成。
9. 一种包含纳米线的纤维，所述纤维包括 限定所述纤维外表面的外侧部分； 在所述外侧部分内的纳米线；以及在所述外侧部分和所述纳米线之间支撑所述纳米线的支撑结构。
10. 如权利要求9所述的纤维，还包括围绕所述纳米线的至少一个 覆层区域。
11. 如权利要求9所述的纤维，其中所述支撑结构包括至少一个从 中心部分沿径向延伸的支柱。
12. 如权利要求11所述的纤维，其中所述至少一个支柱终止于形成 所述支撑结构周界的壁部分。
13. 如权利要求11所述的纤维，其中所述支撑结构包括从所述中心 部分沿径向延伸的四个支柱。
14. 如权利要求13所述的纤维，其中所述壁部分限定正方形的横截面。
15. 如权利要求12所述的纤维，其中所述外侧部分包括切口，用于 提供到所述壁部分的一部分的入口 。
16. 如权利要求13所述的纤维，其中所述壁部分限定正方形的横截 面的三个侧边。
17. 如权利要求15所述的纤维，其中所述切口为楔形。
18. —种形成纳米线的方法，该方法包括形成预制件结构，所述结构包括由支撑结构支撑的中心部分和围绕 所述中心部分和所述支撑结构的外侧部分；以及将所述预制件结构拉丝直至所述中心部分成为纳米线。
19. 如权利要求18所述的方法，其中形成所述预制件结构的步骤包 括将所述中心部分和所述支撑结构插入到所述外侧部分中。
20. 如权利要求18所述的方法，其中形成所述预制件结构的步骤包 括挤出所述预制件结构。
21. 如权利要求18所述的方法，还包括通过将第一预制件结构拉丝 来形成所述中心部分和所述支撑结构。
22. 如权利要求21所述的方法，还包括通过挤出形成所述第一预制 件结构。
23. —种根据权利要求18到22中任一项所述的方法形成的纳米线。
24. —种用于形成包含纳米线的纤维的预制件，所述预制件包括 由支撑结构支撑的中心部分；以及 围绕所述中心部分和支撑结构的外侧部分。
25. 如权利要求24所述的预制件，其中所述支撑结构包括至少一个 从所述中心部分沿径向延伸的支柱。
26. 如权利要求25所述的预制件，其中所述至少一个支柱终止于形 成所述支撑结构周界的壁部分。
27. 如权利要求25所述的预制件，其中所述支撑结构包括从所述中 心部分沿径向延伸的四个支柱。
28. 如权利要求27所述的预制件，其中所述壁部分限定正方形的横 截面。
29. 如权利要求26所述的预制件，其中所述外侧部分包括切口，用 于提供通向所述壁部分的一部分的入口 。
30. 如权利要求29所述的预制件，其中所述切口是楔形。
31. 如权利要求27所述的预制件，其中所述四个支柱终止于所述壁 部分的各角落。
32. —种形成纳米线的方法，所述方法包括将具有由支撑结构支 撑的中心部分的长条拉丝，直至所述中心部分成为纳米线。
33. —种增加纳米线的非线性特性的方法，所述方法包括用非线性 流体围绕在所述纳米线周围。
34. 如权利要求33所述的方法，其中所述纳米线由支撑结构和外侧 部分围绕，限定至少一个与所述纳米线流体连通的通道，所述用非线性 流体围绕所述纳米线的步骤包括将所述非线性流体引入到所述至少一 个通道中。
35. 如权利要求34所述的方法，其中所述非线性流体是二硫化碳。
36. —种由根据权利要求1到8中任一项所述的方法形成的包含纳 米线的纤维。
37. —种包括根据权利要求10到17中任一项的纤维、用于感测在 所述至少一个覆层区域内存在的环境的至少一个参数的传感器。
38. —种形成包含多条纳米线的纤维的方法，该方法包括形成第一预制件，所述主要预制件包括多个中心部分和用于支撑所 述多个中心部分的支撑结构；将所述第一预制件拉丝以形成长条；形成外侧部分，所述外侧部分具有用于接收所述长条的长条接收部将所述长条插入到所述长条接收部分中以形成第二预制件；以及 将所述第二预制件拉丝直至所述多个中心部分成为纳米线。
39. 如权利要求38所述的方法，其中所述第一预制件通过挤出形成。
40. 如权利要求38所述的方法，其中所述外侧部分形成为提供通向 所述长条接收部分的空间。
41. 如权利要求40所述的方法，其中所述空间是所述外侧部分中的 楔形切口。
42. 如权利要求38所述的方法，所述方法还包括蚀刻掉所述支撑结 构暴露于所述空间的至少一部分，以露出至少一条纳米线。
43. 如权利要求38所述的方法，其中所述第一预制件由软质玻璃制成。
44. 如权利要求43所述的方法，其中所述软质玻璃是硅酸鉛。
45. 如权利要求38所述的方法，其中所述第一预制件由聚合物制成。
46. —种包含多条纳米线的纤维，所述纤维由权利要求38到45中 任一项所述的方法制成。
47. 如权利要求46所述的纤维，其中纳米线的数量为2。
48. 如权利要求46所述的纤维，其中纳米线的数量为3。
49. 一种长度大于10mm的纳米线。
50. 如权利要求49所述的纳米线，其中所述纳米线长度约为lkm。
51. 如权利要求49所述的纳米线，其中所述纳米线长度约为10km。
全文摘要
公开了一种形成纳米线的方法。在一个实施方式中，形成包括至少一个中心部分和支撑结构的第一预制件。然后将该第一预制件拉丝成长条，随后将所述长条插入到外侧部分中，以形成第二预制件。然后将该第二预制件拉丝，直至该至少一个中心部分成为纳米线。该方法能够生产远远大于现有方法的长度的纳米线，并能够减少处理时损坏纳米线的可能性。
文档编号G02F1/35GK101322058SQ200680042149
公开日2008年12月10日 申请日期2006年10月12日 优先权日2005年10月12日
发明者丹耶·门罗, 海克·埃本多夫-海德普里姆 申请人:阿德莱德研究及创新控股有限公司