用于在基板上形成线结构的自下而上法的制作方法

本发明涉及用于在基板上形成结构的方法，并且涉及其上形成有根据该方法产生的伸长结构的基板。

背景技术：

在其表面上包括窄或高空间分辨率结构的基板对于许多不同的工业应用是有用的。当前使用了各种已知的方法来在基板上形成超精细结构和图案，特别是在具有10^-9至10^-6米量级的宽度或直径的纳米线或微米线。

已知各种用于形成超窄线的自上而下的技术，特别是平板打印术和电泳法。此外，当前使用以自下而上法用于纳米线或微米线的生产，其通过使构成粒子(particle，颗粒)进行组合来有效地聚集一维结构或其他超窄结构。用于纳米结构的现有的合成技术的一个示例使用了通过向流体墨施加直流(dc)电压触发的电流体动力学活动。这种基于电流体动力学的方法允许在基板上打印精细结构，然而，这些技术要求在基板的最小程度的导电性，使得可以将dc偏压(bias，偏置)应用在基板的所有位置中。因此，基于电流体动力学的方法受限于具有特定范围的介电性质和导电性质的特定类型的基板。实际上，对于大部分电流体动力学喷射打印方法来说，所要求的或优选的是基板具有足以消散电荷的导电性，否则电荷可能局部地积聚。尽管已经提出了解决该问题的一些不同的技术和使用具有有限的导电性的基板用于这种方法，但是这些都需要更复杂的打印过程。

替代性的已知技术采用了光刻方法，其中，通过将期望的图案结构的预定几何图形从光掩模传递到基板上的光敏物质来施加微图案，于是，曝光图案以预定图案被沉积或刻在光敏光刻胶后面的基板材料上。在光刻法促进了可以具有高空间分辨率和复杂几何图形的复杂微图案的快速产生时，可以通过这种方法产生的线条在轮廓上必须是扁平的，因此这些线条在下述应用中的用途有限：所述应用要求待形成的结构具有给定值的高度或者具有与其宽度相当的高度。

需要一种产生超窄线条的方法，所述超窄线条具有甚至小于1微米的宽度，由各种不同的无机构成材料制成。特别地，在许多不同的应用中，存在对用于形成精细的导电线条或图案以及具有半导体性质的结构的有效且可扩展的技术的需求。

典型的应用——其中生产包括许多材料并被设置在许多不同基板上的高分辨率微图案的这种方法可能是有用的——的示例包括产生半导体量子点用于光发射应用、产生光吸收半导体纳米粒子用于光伏能量转换、或产生其他介电材料用于感测应用。

技术实现要素：

根据本发明，提供了一种用于在基板上形成结构的方法，该方法包括：

将流体沉积到基板上以便限定湿润区域，该流体包含可电性极化的纳米粒子；

使用第一电极和第二电极向该区域上的流体施加交变电场，使得多个纳米粒子被聚集以形成从第一电极朝向第二电极延伸的伸长结构；以及

移除流体使得伸长结构留存在基板上，该方法还包括：在施加交变电场的步骤期间，通过使第二电极远离第一电极移动来增加第一电极与第二电极之间的间距，以便使伸长结构朝向第二电极进一步延伸。

该方法允许在很多类型的表面上可控制地形成一致的、纳米尺度宽度的结构，而不要求该表面是导电的。发明人意识到，通过将包含可性极化的纳米粒子的墨沉积在基板的湿润区域上并且通过使用交变电场来使纳米粒子集中成沿着两个电极之间的电场的方向延伸的结构，可以创建比湿润区域的宽度窄很多倍的线或线条结构。

使用已知的利用沉积在基板上的墨的湿润区域打印结构的方法，难以或不可能形成具有高的空间分辨率的窄结构。标准的喷墨打印技术能够产生宽度为大约5至100微米的湿润线条。将具有这种尺寸的湿润区域作为开始点，并且应用本发明的方法来沉积如此体积的流体以及将经由该流体被分散的纳米粒子布置成集中的凝聚体中，通过干燥移除流体之后，可以形成包括来自该墨的纳米粒子的附着到基板的伸长结构，该结构具有为大约1微米的宽度。形成这种窄线条的能力提供了超出现有技术的明显的改进并且可以有利地用在很多不同的应用中。

该新型打印技术还允许形成具有宽度为例如小于1微米的伸长的纳米粒子结构。使用本发明的方法可以实现250纳米及更小的宽度。

本发明的方法提供的主要优点是，即使对于相对宽的湿润区域例如具有100微米的宽度的湿润区域来说，本方法也允许在该湿润区域中形成宽度小于1微米的超窄线条。

例如，将电流体动力学打印技术与本发明的方法相结合允许沉积非常精细的湿润区域，并且然后在这些区域被干燥之前允许在这些区域内形成甚至更精细的结构。

将理解的是，如本发明所采用的介电泳(dep)自聚集是与电流体动力学(ehd)自聚集完全不同的现象，并且该介电泳自聚集提供了该电流体动力学自聚集没有提供的有益效果。dep与ehd之间的关键不同之处在于，在前者中，外部电场作用在流体内的纳米粒子上，而在ehd的情况下，外部电场作用在流体上。这些方法中的每个方法的实施也不同。ehd打印要求将基板放置在施加电场的电极之间，其中顶部电极通常定位在基板表面上方几微米处。如果基板的厚度太大，或者如果顶部电极与基板表面之间的距离太大，那么为了使ehd聚集过程生效所要求的电压通常会变得过大。ehd的另外的限制性是该方法仅适合于在平坦的表面上或者在具有基本上低的表面粗糙度的表面上打印，以便将顶部电极与基板之间的固定距离保持在恰好所要求的水平。

本要求保护的方法与ehd之间的另外的区别是，在前者中，可以在单次运行中打印伸长结构或线条，从而产生具有相当高的“高度比宽度”的宽高比的结构。另一方面，ehd技术通过逐层建立线条来运作，因为每层大约是单个纳米粒子直径的高度。这通常是70-100nm。因此，聚集或打印速度从根本上是有限的，该过程的可扩展性同样是有限的，特别是如果要求较厚的线条例如要求高度约为500nm的线条。

在一些实施方式中，基板和/或流体可以具有使窄的湿润区域的形成困难的性质。成角度的表面、表面张力和粗糙度可以使沉积的流体墨在基板表面上比在更平滑或更平坦的表面上可以被限定的更大的区域上扩散。本发明的方法在这种情况下提供的重要的优点是，尽管流体线条或区域更宽，但是可以在扩散开的湿润区域上形成超窄结构。

尽管在本领域中已知使用方法诸如光刻法可实现精细结构的形成，但是在本文中提供的创造性方法允许经由简单得多的过程形成这种结构，该过程是可扩展的并且可以使用种类更广泛的材料和基板表面来应用该过程。该方法非常高效之处也在于与已知的技术相比打印材料的利用率非常高。例如，在光刻法中，大部分的材料在剥离过程中损失，而在本发明的方法中，大部分的或基本上全部的用于形成打印结构的材料被形成过程有效地消耗掉。

作为使流体内的纳米粒子聚集成伸长结构的基础的机制是介电泳作用。该现象以其最宽广的形式涉及在不均匀电场存在的情况下向介电粒子施加力。跨包含可电性极化的粒子的流体的区域施加交变场即ac场引起粒子感受到介电泳力。电泳不一定要求ac场，并且也可以使用dc场创建dc电泳效应，至少因为引起粒子移动的是场梯度。然而，交变场的施加可以避免一些与dc电泳相关联的有害影响，诸如电解对聚集过程的扰乱。

根据本发明，通常，经由不均匀的电场的梯度与电偶极之间的相互作用产生力，所述电偶极由交变场在粒子中引起。因此，介电泳力被施用在粒子上，这些力包括：第一分量，该第一分量由偶极之间的有吸引力的静电相互作用产生，沿着电场线的方向指向，其可以引起连锁效应；以及由偶极不均衡的ac场相互作用引起的分量，该分量沿着场梯度指向并且通常使得在被聚集的粒子集中在生长的伸长结构的端部处。

向位于流体墨的沉积的液滴或线条内的纳米粒子施加电场使纳米粒子在电极的端部处发生凝聚并且方向性地集合，以便使由纳米粒子制成的伸长结构在电场梯度的方向上增长。由具有纳米量级直径的粒子制成的这些伸长结构通常在高度和宽度上具有10s、100s或1000s纳米量级的尺寸，并且因此，是该现象促成了本发明产生超窄线条结构的能力。

在施加交变电场的步骤期间，该方法还包括增加第一电极与第二电极之间的间距以便使伸长结构朝向第二电极进一步延伸。换句话说，移动电极中的一个或两个电极使得这它们之间的距离增加，这使得通过在接近移动中的电极的聚集区域处向伸长结构的端部添加额外的粒子，使该结构在长度上增长。

当在第一电极留存在其初始位置的同时移动第二电极时，并且当调整所施加的电场的强度使得纳米粒子的组件的增长速率可以保持恒定时，看出了本发明的方法的优点。粒子聚合到伸长结构的增长端部可以得到恒定的增长速率，以及在其截面大小和形状上基本上一致的结构，该截面大小和形状即是该结构在垂直于伸长轴线的平面中的厚度、高度、宽度或截面面积，该伸长轴线即是增长的方向。在保持恒定的或一致的增长速率的情况下，已形成的结构的所得形态也可以是均匀的。因此，此外有利的是，在更长的距离上使增长速率和电场条件保持均匀，以便实现更均匀的结构。

本发明的方法因此提供了一种新型的并且有利的技术，以用于通过关于表面移动电极之一来在表面或基板上打印超精细结构。该方法与现有技术的纳米粒子聚集技术形成对比，在该现有技术的纳米聚集技术中，固定的即不可移动的电极不提供根据权利要求1所述的方法提供的适印性。换句话说，自由地移动电极之一以便创建由伸长结构形成的大的或复杂的图案的能力提供了明显超出现有领域技术的优点。利用这些已知的技术，只有小的结构可以通过自聚集形成，其中线条长度通常小于1毫米。

本发明使得可以使用介电泳打印具有亚微米线条宽度的纳米材料。这使得可以打印没有任何特定长度或大小限制的结构。例如，可以形成由纳米粒子聚集的具有几厘米量级的长度的亚微米线条。在聚集过程期间电极的自由移动允许了对于所打印结构的大小和形状的有利的自由度，由此克服在现有领域聚集技术中所见到的只聚集直线条的限制。

通过调整跨第一电极和第二电极所施加的电势来控制电场的强度和梯度，以便实现该恒定的增长速率。优选地，伸长结构的端部部分和接近该端部部分的分散的纳米粒子应当随着该结构增长始终经历同样的场条件。

使用场强可以有利地使增长过程开始，该场强比在该过程的剩余部分期间所施加的场强大，以便激励结构在电极上的初始形成并且使增长过程更容易地且更迅速地开始。

虽然本发明的方法可以优选地涉及使第一电极保持固定不动并且移动第二电极以便实现该增长，但也可以移动两个电极远离彼此。然而，这会大大地增加施加到已形成的纳米粒子组件的机械力，并且因此大大地增加已形成的纳米粒子组件感受到的应力。这可以导致伸长线条结构的破损及其毁坏。因此，优选的是，该结构被形成为使得该结构的第一端部与固定不动的第一电极接触，并且随着通过移动第二电极使结构长度增加，使该结构的第二端部或增长端部被保持为接近第二电极。以该方式，降低了该结构经受额外的机械应力的风险。

因此，优选地，通过使第二电极远离第一电极移动，第一电极与第二电极之间的间距增加。此外，当在聚集过程期间移动第二电极时，可以形成具有各种不同形状和几何图形的伸长结构。因此，可以将该方法应用在要求高分辨率、或者其他线性形状或线条结构、或者具有各种不同的布置和几何图形的图案的任何数量的不同的领域中。

通常，聚集的伸长结构的长度增加的速率与第一电极和第二电极之间的间距增加的速率之间的关系使该结构的端部部分与电极之间的间距满足：在流体的接近电极和该结构的端部部分的区域中的电场使在上述区域中的可移动纳米粒子聚集在该结构的端部部分上。因此，如以上所提到的，使施用在增长中的结构的尖端与第二电极之间的流体的区域中的粒子上的介电泳力保持恒定以便实现恒定的增长速率。本发明的方法允许在相对长的已形成的伸长结构上保持恒定的电场强度，这在使用采用成对的固定电极的方法时是不可能的。

该方法还可以包括：监测伸长结构的长度增加的速率；以及根据监测到的速率调整交变电场的性质，使得伸长结构的长度以预定速率增加。监测增长速率允许生成增长速率数据，该数据可以用作反馈以便对供应给电极的电压信号做出矫正调整。以该方式，可以调节场的量级使得在该过程的整个持续时间中该场的量级在该结构的端部部分处是相同的，即在增长结构的尖端处所感受到的交变场的场强和量级保持恒定。如果有必要的话，也可以适当地调整频率和dc偏压，以便实现恒定的增长速率。

通常，可以通过两项技术监测增长速率。第一项技术涉及在光学上监测聚集的结构。这通常将涉及摄像机或成像装置，该摄像机或成像装置被配置为将监测到的指示线的可视化状态的光学或图像数据传输到包括图解分析软件的计算机。利用这种设备，可以持续地监测和测量组件的位置、大小、形状和增长速度或端点位置的变化速率。假如增长速率减小，那么可以将计算机编程所用的软件中的反馈回路被配置为响应地增加电场，以便相应地增加增长速率。可以在整个形成过程中响应于增长速率中任何所监测到的波动做出这种微调整。

可替代地或额外地，通过监测在电极所连接到的电路中流动的电流可以监测增长速率。由于归因于增长结构的尖端与第二电极之间的流体的电阻将随着该结构尖端与第二电极之间的间距的减小而减小，所以当组件以一速率增长使得尖端越来越靠近移动中的第二电极时，会发生电流的增加并且可以通过电路中的适当的监测装备来监测该电流增加。使用指示电路的电流或电阻的变化的数据，可以通过反馈软件和技术调整电场以便保持恒定的增长速率。

尽管恒定的增长速率和所得的均衡的线条厚度对于应用诸如用于形成导电的线的应用是优选的，但是假如任何特定的应用要求线的厚度或高度或宽度沿着该线的长度变化，那么这可以通过以以上所指示的方式对电场做出适当的调整以便相应地增加或减小增长速率来实现。这种技术也可以采用监测增长速率以提供反馈数据。

当创建在长距离上延伸的伸长结构时，可能有益的是向电极施加比在形成相对较短的结构时通常将施加的电压低的电压。由这种减少的电压导致的较低强度的电场可以使形成过程稳定并且得到更坚固的所形成的结构。这是因为在太长的距离上太高的电压可能导致高度有害的流体移动，并且可以引起施用在聚集的结构上的不期望的力。施用在已存在的结构上的电流体动力学力例如可能导致结构损坏。因此，应当优选地选择电场条件诸如ac频率，以便使引起聚集的介电泳力增强，并且减少任何不期望的电流体动力学力。通常，当向流体施加电场时，第一电极和第二电极中的每电极在流体内的相应的第一位置和第二位置处与该流体接触。以该方式，基于开始的第一位置和最终的第二位置即使过程开始的第一电极之处和使过程结束的第二电极之处对待形成的结构的开始点和结束点进行选择或确定。

在一些实施方式中，将第一电极的端部部分定位在第一位置处，使得伸长结构的第一端部被定位在基板上的预定的第一端部位置处。因此，通过利用位于湿润区域内的该点之上的第一电极使过程开始，可以对伸长结构的第一端部位置进行选择。

通常，电极被成形为使得每个电极都充当电单极，从而在想电极施加电势时在流体中产生不均匀的电场。电场的不均匀性可以促进限定基板上的组件的开始点和结束点。使用基本上具有板的形式的平行电极例如可以引起随机的、较不受控的或较不可预测的形成过程，在该过程中，线在电极上的明显随机的点处开始增长，而不是在由电场的散度所限定的点处开始增长，该电场的散度由尖状(pointed，尖锐)电极引起。

优选地，电极包括在电场存在的情况下与流体不起反应的材料。提供由不起反应的材料构成的电极对本发明的方法可以是有益的。已经在实验上证实金是适合的电极材料，因为在ac/dc电场存在的情况下金不参加与流体墨的任何反应。相比之下，由银或铜制成的电极如果被使用在这种过程中则通常会溶解，并且当溶液中不存在纳米粒子时，来自电极的金属离子会构建结构。该过程采用树状增长的形式并且得到不同的聚集结构形态。这种树状增长也仅限于电极材料，而非墨纳米粒子。

优选地，电极中的至少一个电极具有包括尖状端部的伸长形状，并且将交变电场施加到流体包括使电极中的每个电极的尖状端部与流体接触。这种技术可以得到更可控的增长过程，因为电极的端部的较小的尺寸可以允许更精确地限定下述点：该点具有诱导电场，结构在该点处开始增长。

优选地，尖状端部具有1至100微米的直径，并且该尖状端部的长度大于流体在基板上方的表面的最大高度。因此，在一些实施方式中，尖状的、或锥形的端部可以具有最高达50微米的曲率半径。使用有效的尖状电极可以实现最佳的结构形成结果。在不同的实施方式中，电极尖端可以优选地具有在该范围中的直径以及大于流体水平的高度，该直径和该高度通常将在几毫米至几厘米的量级之间变化。结合平的或板式的移动的第二电极来使用结构最初从其增长的尖状的第一电极可以产生与使用一对尖状电极所实现的那些增长结果相似的增长结果，因为尖状的电极结构的影响主要基于限定第一端点，纳米粒子在该第一端点处开始聚集。

本发明的方法所提供的优点在于，流体仅需要与电极接触，而不要求将电极浸没在流体内。电极可以部分地插入流体体积中，其中端部或尖状尖端部分使流体体积的高度的一部分保持在基板表面之上。因此，对于电极来说没有必要触碰基板，并且这在要求易碎的结构或形式的应用中是特别有利的，通过使电极触碰基板所施加的机械应力可以使该易碎的结构或形式破损。

如上所述，通常施加电场使得介电泳力施加在多个纳米粒子上。介电泳作用是提供通过本发明的方法所实现的有利增长的物理驱动机制。

通常，流体内的可移动纳米粒子被吸引到聚集的伸长结构的远离第一电极的端部部分，并且伸长结构的长度通过逐步地附着到该结构的端部部分的可移动纳米粒子增加。换句话说，通过将分散的纳米粒子逐步地添加到聚集结构的增长端部来使纳米粒子的线条、线或柱体逐渐聚集。

优选地，电场具有dc偏压，并且该dc偏压使得通过流体内的可移动纳米粒子附着到第一电极来形成该结构的第一端部。向跨第一电极和第二电极的交变电势信号施加的dc偏压允许伸长结构的定向增长。换句话说，配置电势使得该电势围绕电压轴上的平均值或中心值交替，其具有非零值，引起定向增长，因为结构优选地在电极中的一个电极上开始聚集。线条优选地将在第一电极上开始聚集，并且定向的偏压在增长过程中是有利的，直到所有的流体已经被干燥并且该结构在基板上处于固定不动并且不再移动。因此，所施加的电势的ac和dc分量的组合使得能够改进对结构的增长的控制程度，特别是关于结构增长的方向。

通过在跨第一电极和第二电极所施加的信号中包括dc偏压所提供的有利的控制程度尤其有益于使聚集从固定不动的第一电极开始，使得通过移开第二电极可以使结构随后增长或者延伸。换句话说，可期望的是，纳米粒子线从固定的第一电极朝向可移动的电极开始增长，并且这可以通过使用该dc偏压使线增长的方向特别是从第一电极到第二电极指向来实现。当到达纳米粒子的临界浓度时，纳米粒子的自聚集过程可以开始。将会理解的是，dc偏压可以通过coulomb相互作用将纳米粒子吸引到第一电极和第二电极中的特定的一个电极，由此在该电极处局部地增加纳米粒子浓度。

还将理解的是，在不存在dc偏压的情况下，可以经由介电泳进行纳米粒子自聚集。然而，在其中施加无偏压的ac信号的实施方式中，可能要求更高的纳米粒子浓度或更高的ac电压，以便实现期望的聚集效果。由于这个原因，存在dc信号是优选的。

通常在实施方式中，其中在结构从第一电极朝向第二电极增长期间移动第二电极的同时，第一电极相对于基板留存在相同的位置中，dc偏压使得第一电极具有更正向的(更高的)dc电势并且第二电极具有较不正向的(更低的)dc电势。

在一些实施方式中，第一电极或者第二电极包括导管并且流体经由该导管被沉积到基板上。因此，在使用电极施加交变电场之前和/或期间，可以通过两个电极本身中的任一个电极或两个电极将包含纳米粒子的流体设置在基板上。优选地，在其中要求电极移动的实施方式中，最实用的设置涉及包括导管的可移动的电极而不是固定的电极。在通过沿着湿润区域的线条将第二电极远离第一电极移动使结构增长的过程期间，递送流体允许更迅速地执行整体过程，因为湿润区域不需要被预先拉长。然而，可以首先使用第一电极沉积流体，该第一电极在流体沉积之后保持固定。

因此，优选的是，在使包括导管的电极远离另一电极移动时，将流体经由导管沉积到基板上。在很多实施方式中，移动电极被称为第二电极，而固定不动的电极被称为第一电极。

通常，交变电场具有在100至1,000hz的范围内的频率以及在1至10,000伏特每米的范围内的幅度。通常，该幅度值与均方根(rms)幅度对应，该均方根幅度是ac波形的平方值的平均值的平方根。在很多实施方式中，很有可能的是，电场的幅度将在整个施加该场的流体的体积中发生变化，并且因此，通过配置施加到电极的电势信号，将电场性质的这些范围配置为采取在流体的接近第一电极和第二电极或接近聚集的结构的增长端部部分和第二电极，或者在第一电极与第二电极之间或在聚集的结构的增长端部部分与第二电极之间的区域中的这些值。

通常，具有ac和dc分量的场被施加成使得聚集结构在沿其长度保持均衡的同时迅速增长。施加到电极的信号越大，则施用在纳米粒子上的力越大。然而，这在流体内额外地引起了畸变，诸如也可能可能由于流经小体积的流体或流经已形成的非常薄的具有高电阻的线的电流而导致沸腾的热效应。如果ac/dc信号太大，那么可以由类似电流体动力学的力引起的流体的循环可以额外地将不期望程度的机械应力引入到聚集的结构上并且可以造成对该结构的损坏和破损。因此，根据特别的应用的纳米粒子、流体和基板的材料来选择电压信号，使得电势信号足够强以允许结构以合理的速度增长，而该电势信号不会过强以导致这些前述的不期望的、损坏性影响。以上所列举的范围是优选的值，这些值应当到达速度与可靠性之间的这一平衡。然而，也可以形成在该直径范围之外的结构，例如具有低至10或50hz或者高达5,000或10,000khz的ac频率以及低至0.5或0.1伏特每米或者高达50,000或100,000伏特每米的幅度。然而，也可以使用具有在这些范围之外的参数的场来执行该过程。

通常，通过施加跨第一电极和第二电极的交变电势来向流体施加交变电场，该电势具有在1毫伏特至10伏特的范围内的dc偏压。如上所述，正是dc偏压促成了对由本发明的方法实现的定向增长的控制。这是可以提供最佳水平的dc偏压的优选的范围，但是也可以使用在该范围之外的dc偏压值。

第一电极和第二电极可以连接到控制器，该控制器被配置为控制电极之间的交变电流使得该电流具有在1至10,000微安培的范围内的ac幅度和在0.1至1,000微安培的范围内的dc偏压。控制器诸如电势计在电路中的存在是有益的，因为这种装置可以补偿在电路中可能出现的不期望的大电流。这些值是优选的范围。更优选地，可以将流经电路的电流控制在10至1000微安培的范围内，或者可以控制该电流具有在1至100微安培范围内的dc偏压分量。更优选地，该控制器可以被配置为控制交变电流使得ac幅度处于10至1,000微安培的范围内并且dc偏压处于1至100微安培的范围内。此外，也设想了在这些范围之外的受控电流。

通常，湿润区域的宽度具有在1至1,000微米范围内的最小宽度。那是优选地，在其上沉积有流体墨的湿润区域的最窄点处，该区域跨在1至1,000微米之间。理想地，该区域具有与待形成的所要求的伸长结构的形状对应的形状或路径。由于涉及流体的物理性质，因此在非常高的空间分辨率下沉积流体是相当困难的。例如，喷墨打印使得线条能够被设置成50至100微米的宽度。使用这种湿润的线条，该方法将允许通过聚集纳米粒子实现的最终的线条宽度为小于1微米。

原则上，也可以首先将流体沉积到基板上的大面积上并且之后例如由伸长纳米粒子结构来形成一组平行线条。这种应用可以用于产生透明导电膜(tcf)，如用于太阳能电池或用于不同的显示类型的透明电极。

如果湿润区域非常大，诸如跨基板表面延伸的流体膜或片，那么本发明的方法也将是可操作的。然而，由于距电极与结构端部部分的在其上电场强度足以在纳米粒子上施用有用的介电泳力的距离是有限的，所以不是所有的处于这种流体片或膜中的纳米粒子都将被聚集过程消耗。因为利用流体中所有的、或者尽可能大比例的纳米粒子材料以构建结构是有利的，所以优选的是施加电场强度使得在沉积的流体的整个体积中分散的纳米粒子在增长过程期间被吸引到聚集结构并且加入聚集结构。

已经在实验上确定下述距离为大约500微米：在该距离内，使用典型的材料和电场参数可以有效地收集分散的纳米粒子。因此，比该距离基本上更远离增长中的结构的端部与第二电极之间的聚集区域的纳米粒子可能不经受强到足以使这些粒子加入组件的介电泳力。这一大约500微米的范围意味着无论是线条形式还是珠滴形式的宽度大约为1毫米的湿润区域可以根据本发明的方法用于产生宽度为几微米的线条，其中利用率即在流体内用于形成伸长结构的纳米粒子的分数是非常高的。

在两个或更多个伸长结构彼此平行地形成的情况下，通过两个分开的湿润区域实现该情况将是优选的。然而，如果流体被沉积跨在基板表面的比如以上所指示的优选的湿润区域大的区域上，那么如果每个聚集过程由单独的电路控制的话，则仍然可以使多个单独的结构例如平行的线条增长。

优选地，湿润区域具有与预定的几何图形对应的形状，并且在区域上的流体内以与预定的几何图形对应的形状形成伸长结构。因此，该方法可以涉及利用流体绘制线条图案并且将纳米粒子集中到这些流体线条内的更窄的或者更精细的线条中。期望的是，在干燥过程之后，只有已经被聚集到伸长结构中的那些纳米粒子留在基板上，而不是保持分散在整个流体中的纳米粒子。因此，使流体图案的形状制定出待聚集的纳米粒子结构的预期形状意味着，流体以及因此分散的纳米粒子仅存在于第二电极将移动经过的位置处，由此使所有分散的纳米粒子随着伸长结构沿着湿润线条的长度建立被收集到该伸长结构中。

通常，可以使用本发明的方法形成的二维结构将仅在湿润区域上的流体的体积中增长。例如，在下述情境中，聚集结构通常将具有与第一电极和第二电极之间的直线对应的形式：其中整个基板表面被流体墨覆盖，并且第二电极在与基板表面的平面内的轴线对应的x和y方向上移动。因此，为了使用伸长结构产生二维图案，沉积具有与这些预定二维图案对应的形状的湿润区域是有利的。本发明的方法允许这些图案被形成为具有较小的线条宽度。例如，伸长结构可以具有比该伸长结构在其中形成的湿润区域的宽度窄100倍或1000倍的宽度。

因此，通常，该方法还包括在伸长结构的聚集期间沿着与湿润区域的形状对应的路径移动第二电极，使得聚集的伸长结构的形状与该路径的形状对应。

该方法可以包括沿着与基板的湿润区域的形状对应的预定路径移动第二电极，由此聚集结构，使得该结构在该区域内沿着预定的路径从第一端部位置延伸到第二端部位置。在湿润区域内结构开始和结束形成分别所在的第一端部位置和第二端部位置通常可以被定位在伸长的湿润区域的相反的端部处，使得沿着湿润区域的大部分的或全部的线性范围形成该结构。

在一些实施方式中，可以将施加电场的这一步骤重复以用于将流体沉积在基板上的第二湿润区域中，以便形成第二结构。换句话说，设想的是，可以在沉积在基板上的流体的多个湿润区域内形成多个伸长结构，该多个伸长结构可以在大小和几何图形上进行变化并且可以彼此附着或者可以彼此不附着。

在一些实施方式中，第一区域和第二区域可以交叠使得在第二区域上形成的结构可以形成为使得其连接到在第一区域上形成的结构。以该方式，可以使用本发明的方法通过一次一个地将结构添加到基板，使得这些结构相互交叠、相互交叉或以其他方式相互接触来逐渐构建大的复合结构。

在一些情况下，第二结构可以从第二区域内的第一端部位置延伸到第二区域内的第二端部位置，并且第二区域的第一端部位置或者第二端部位置中的任一个端部位置可以与在第一区域上形成的结构重合。换句话说，可以对第二结构的位置和几何图形进行选择，使得第二结构的任一端部与第一结构重合。这些结构在其处重合的这一点可以在第一结构的任一部，或者结构可以被形成为使得这些结构在它们相应的长度上的任意点处重合并且在多个点处重合，使得可以形成宽范围的复合图案。

例如，可以在过程的第一迭代中形成第一结构或线条。在随后的第二迭代中，通过将第一电极定位在第一线条的中间点处可以从该点增长第二线条。

也将可能的是，将第二批的流体设置在基板上以便限定直接位于第一湿润区域顶部上的第二湿润区域，该第一湿润区域可能已经经受了干燥。这将有可能不会导致对第一结构的损坏，并且可以提供下述优点：第二湿润区域可以用于修复所形成的第一线条上的任何破损点或不连续部。

通常，在将流体沉积在第一区域上之后将流体沉积在第二区域上。然而，取决于应用，可以以任意次序或者同时为基板上的第一湿润区域和第二湿润区域以及可能的多个区域中的任何另外的区域提供流体。

在一些实施方式中，在将流体沉积在第二区域上之前将流体从第一区域移除。因为干燥过程会使在干燥区域中的已形成的结构在物理上更强壮和更坚固，并且更强力地附着到基板表面，所以对围绕随着其形成的多个结构中的每一个结构的流体进行干燥降低了已形成的结构在创建复合结构或多个结构期间退化或者被损坏的风险。该方法可以包括在基板上的多个邻近的区域中的每一个区域内形成相应的结构，使得每个结构都连接到至少一个其他的结构。该技术与通过从每个都在其自己的湿润区域内形成的分量伸长结构逐渐构建复合结构的复合结构的形成对应。

在多个区域内的这些结构可以连接在一起使得这些结构根据预定的几何图形形成复合结构。

使用多个区域中的每一个区域中的第一电极和第二电极可以向相应区域上流体施加交变电场，使得在每个区域中形成伸长结构。为每个湿润区域提供多于一对的第一电极和第二电极特别是提供一对电极促进了迅速地以及可能同时地在基板上形成多个伸长结构。除了在其中形成多个结构的多个区域之外，可以使用少至两个相应的区域以及第一和第二电极对来采用这种迅速的或并行的方法。可替代地，同一对电极可以用于在不同的湿润区域中的每个区域中逐个地形成结构。

在一些实施方式中，向多个区域中的至少两个区域上的流体同时施加电场，以便同步形成至少两个结构。

优选地，在这种实施方式中，用于向多个区域中的每一个区域上的流体施加电场的多个电极被布置成使得在区域中形成的多个伸长结构接合在一起以形成复合结构。在这种情况下，可以将湿润区域接合在一起以形成更大的湿润区域，诸如由点或较短的线条构成的长线条，其中可以同时将流体设置在多个区域或所有区域上，或者区域可以被湿润，具有在其内形成的结构，并且然后逐个地被干燥。

这种布置意味着电极可以是固定不动的，或者可以基本上较不远地移动以便创建长的线条。这可以例如利用多个电极的梳状阵列或者交变的多个电极对来实现。这种阵列的电极——可以具有线性梳状的形式或者也可以被布置成基本上任意的一维或者二维的形状或者图案、包括与待形成的复合结构的预定的几何图形对应的布置——可以之间的间隔被选择成使得电极被足够靠近地间隔开，以使电极之间、以及这些电极与已形成的结构之间的场强度足够强以引起结构增长，而没有任何必要在形成期间移动这些电极。可以适当地改变和缩放这些阵列的大小和形状，以用于有关的应用或者所要求的复合结构。例如，阵列可以包括100个电极的二维矩阵。额外地，电极可以在区域之间被共享，即所述电极可以在空间上进行布置并且电连接到电路，使得电极每次在流体的多于一个的湿润区域中生成场，这可以引起快速产生来自不同的区域的接合结构。

在一些实施方式中，可以使用梳状阵列的伸长电极，其中，在组件上的一行电极中的每隔一个的电极可例如经由自动化机构移动。与在电极在阵列中固定不动的布置中将是必要的相比，这将允许利用更宽的电极间隔并且因此更少的电极形成长的复合伸长结构。在这种实施方式中，每对固定不动和可移动的电极可以具有与该对电极连接的分开的或者独立的电路，以便允许单独地以及精确地控制每对电极之间的增长过程。

在一些实施方式中，平行的线条可以通过下述方式形成：提供“第一”可移动电极的梳状结构连同“第二”可移动电极的平行梳状阵列并且增加这它们之间的间距满足沿着具有设置在其上的流体的湿润区域拉动第二梳状电极中的每一个电极。

因此，设想了若干种多电极对布置，这些布置中的每一种布置都将允许迅速且平行地形成伸长结构。

在一些实施方式中，基板表面可以包括电绝缘材料。此外，基板表面可以具有使该基板表现为导电体的有效的导电性。在其上形成有结构的表面的导电性对聚集过程有影响。对于金属表面或者具有高度导电性的表面，电极之间的电场将非常不同于具有较不导电的基板的实施方式，因为电流可以经由基板流动而不是经由流体流动。在该情况下，聚集过程将不会如以上所描述的发生，并且因此优选的是该表面基本上是电绝缘的。

也可以利用具有有限程度的导电性的基板来执行该方法，即其中电极之间的路径的导电度低于下述导电度：该导电度对于在电极之间流经基板的电流而言是足够的，而不是对于流经纳米粒子的结构以及利用以上所述的范围中的流体流动的电流而言。

此外，形成窄结构的一些已知的方法依赖于使用导电基板表面，并且因此，本发明提供了超过现有技术的优点，其在于本发明提供了在绝缘的或者半绝缘的基板上形成纳米结构的能力。

如以下将解释的，当基板表面导电时，通过根据本发明的方法可以形成结构。

通常，基板表面包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。该基板可以是以板、膜或者片的形式，具有接收流体的表面，该表面由这些基本上绝缘的材料制成或者包含这些材料。

通常，基板的在湿润区域内的表面具有在1至10微米的范围内的粗糙度均值。均匀的、平坦的以及光滑的表面对于形成均匀结构来说是优选的。然而，设想的是，在具有包括陡峭的或者倾斜的表面的表面的基板上该方法也是可实行的。

基板可以是在光学上透明的、半透明的或者不透明的。对于这样的具有各种光学性质的基板的选择将取决于在其中采用了本发明的应用。

基板的物理弹性也可以变化，并且不管基板是刚性的还是弹性的都可以在该基板上执行该方法。

通常，流体包括溶剂、表面活性剂和有机粘结剂。选择流体的构成使得已形成的线条在干燥过程期间不被破损。这通过在流体中使用添加剂经由改变该流体的表面张力实现的。

被选择用于执行本发明的方法的流体的粘度可以在宽范围的值之间变化。选择具有特别的粘度的流体的重要因素是应用于将流体沉积在表面上的特别的方法。例如，喷墨打印墨具有与丝网打印墨不同的粘度范围。

以质量计的为流体构成的首要或主要成分的溶剂可以是极性的或者非极性的，或者可以是混合的溶剂。可以使用的不同的溶剂可以具有不同的沸腾温度。然而，通常流体构成被选择为使得可以使流体在该方法的干燥过程期间容易地蒸发的同时，该流体在湿润区域内的整个结构被聚集之前不蒸发，因为这一过早的干燥会不利地影响形成过程。

流体中的表面张力也可以在宽范围的值之间变化。然而，低的表面张力值可以在干燥过程期间减少聚集结构上的机械应力，并且以该方式可以降低已形成的结构在干燥过程期间损坏的风险。

在流体内使用两种或者更多种溶剂的混合物——不同的溶剂具有不同的沸点——可以是有用的以便设计流体的干燥动力学。

通常，除了溶剂成分之外，与喷墨打印墨或者丝网打印墨相似，流体将还包括表面活性剂和有机粘结剂或者这两者之一。表面活性剂具有减少流体的表面张力的功能，甚至在下述情况下也具有该功能：表面活性剂以非常小的量存在于流体之内，诸如0.01％至10％的质量分数。典型的表面活性剂可以是市场上可买到的表面活性剂聚乙二醇辛基苯基醚(tritonx-100)。有机粘结剂可以提高在干燥过程期间已形成的结构到表面的附着。适合的有机粘结剂的一个示例是葡萄糖。出现在流体中的有机粘结剂起到了提高聚集结构到基板的附着的胶合物或者粘合剂的作用。该过程可以要求增加的温度水平，通常以50℃至500℃的范围增加，并且更优选地以100℃至250℃之间的范围增加。

流体内的纳米粒子的质量分数通常可以处于0.01％至10％的范围内。更优选地，流体内的纳米粒子的质量分数处于0.02％至5％的范围内。

在施加电场之前，纳米粒子可以在区域上的整个流体中均衡地分布。纳米粒子在整个流体中的均衡分布对于形成均衡的伸长结构可能是重要的。优选的是，在施加交变电场之前或者没有施加交变电场时纳米粒子不应当轻易地凝聚，并且该形成经常是起到附着到纳米粒子中的每一个的稳固配合基的作用。

在一些实施方式中，将包含有纳米粒子的流体沉积到基板上可以包括将该流体沉积到基板上以及随后将纳米粒子添加到该流体中或者该流体上。尽管大多数实施方式通常将涉及将纳米粒子已经存在于其中的流体沉积到基板上，尤其是因为供应制备用于在本发明的方法中使用的以现成形式的流体是有利的，但是在一些例子中，在将流体沉积在基板上之前将一些或所有的纳米粒子引入到流体可以是可能的或优选的。这可以例如通过首先将流体沉积到湿润区域上以及之后将干燥的纳米粒子粉末施加在该流体的顶部上来实现。这将导致纳米粒子的不同的分布，这在空间上可能是不均衡的。流体体积的表面张力可以防止纳米粒子渗透整个流体体积。在这种情况下，所有的纳米粒子都可以留存在流体表面处，并且聚集过程将与所描述的相似，尽管其中结构主要是在流体体积的表面上聚集。

通常，通过蒸发移除流体。通过向基板或者流体施加热可以使蒸发发生或者加速。额外地，通过减少围绕流体的气体或大气环境的压力可以移除流体。在一些实施方式中，流体被选择为以便充分地易挥发使得该流体迅速地充分地蒸发而不要求任何压力的减少或者加热。

在这种情况下，流体蒸发速率和聚集过程速率被配置为最佳，使得流体在结构形成后立刻蒸发，而不是在之前或者长时间以后蒸发。

在一些实施方式中，如上所述，通过向流体施加热来增加流体蒸发的速率。向流体施加热可以使聚集结构到基板的附着增加，这可以受助于流体内的粘结剂。

此外，热的施加可以使已聚集的纳米粒子结构的表面熔化，尤其是因为纳米粒子通常将在比由同样的材料所构成的整体结构低得多的温度下熔化。以该方式，也可以实现或者增加结构与基板之间的附着。

优选地，该方法还可以包括烧结过程。因此，借助于对结构进行加热以及可能地压缩可以使聚集的纳米粒子的结构进一步结合到固体、半固体或者多孔的块状物中。尽管聚集结构在干燥或者移除流体之后可以是机械上稳固的，但是烧结过程允许熔融单独的纳米粒子。优选地，应当避免纳米粒子完全液化，因为这可能损坏期望的图案，例如通过形成小的珠滴或者岛状物而不是形成基本上柱形的、熔融的伸长结构。在于该方法中使用金属的或者导电的纳米粒子的情况下，这使得形成具有增加的导电率的更牢固和稳固的伸长结构，以便创建改进的导电路径。

在一些实施方式中，诸如在其中使用本发明的方法形成量子点的那些实施方式中，烧结步骤会是较不可实行的，因为已烧结的量子点可能失去或者忘记它们的量子限制效应。在这种情况下，结构将仅被干燥，而不将量子点或者其他的纳米粒子烧结在一起。

在一些实施方式中，烧结过程使聚集的纳米粒子结合以便增加聚集结构的坚实度，如上所述。可以因此由烧结结构产生的增加的耐久性、物理或抗张强度、或者抗破损性或抗损坏性在很多应用中是有益的。可以通过向结构施加非常高的压力来实现对单独的纳米粒子的烧结。在这种情况下，将不会通过这种烧结过程移除流体，然而利用经由热的烧结可以将烧结和干燥步骤进行组合。因此，在本发明大部分可能的工业应用中优选的是，施加热是优先于高压技术被选择的烧结方法。

优选地，烧结过程使聚集结构到基板的附着增加。因此将理解的是，因为也可以通过加热或干燥过程实现增加的附着，所以烧结和干燥中的任一种或两种可以促成结构到基板的附着。

通常，纳米粒子的直径在1至500纳米的范围内。更优选地，纳米粒子的直径在10至100纳米的范围内。在球形粒子的情况下，该直径通常将由在任意轴线上横贯粒子的平均线性尺寸限定。在其中纳米粒子具有非球形的或者变化的形状的情况下，这里所提到的直径测量值可以与在任意通路上横贯粒子的最小尺寸、最大尺寸或者平均线性尺寸对应。纳米粒子可以被选择以包括纳米球体、纳米立方体、纳米棒或任何其他的纳米粒子形态中的一种或任一种。

优选地，纳米粒子的相对介电常数不同于流体的相对介电常数。对于本发明的方法来说有益的是，纳米粒子和流体的有效介电常数彼此不同。这些值之间的差异越大，则通过介电泳聚集结构就越容易且越高效。纳米粒子的有效介电常数中的高度的相似性可以使得伸长结构的聚集变得更困难或者不可实现。在一些实施方式中，以及在其中要求导电的伸长结构的特别的实施方式中，纳米粒子包括导电材料。为了以所描述的方式最有效地执行该方法，聚集结构应当具有足够程度的导电性，使得结构本身可以充当在其上形成有该结构的电极的延伸部。选择金属纳米粒子例如适合于实现这一点。如上所述，对纳米粒子的这种选择会得到导电结构，诸如微线或者纳米线。已形成的线的导电度可以受助于在纳米粒子已经聚集成结构之后将这些纳米粒子熔融在一起。

在一些实施方式中，纳米粒子可以包括半导电的材料。很多适合的半导体材料是已知的，这些材料可以形成下述纳米粒子：这些纳米粒子适合于在需要半导电的伸长结构或者图案的情况下由本发明的方法使用。纳米粒子可以包括例如下述中的一种或者多种：zno、tio2、cdte、cds、铜铟镓(二)硒化合物(cigs)、或者核壳纳米粒子的组合物。

这种应用对于本发明的方法提出的挑战在于，形成中的结构的半导体性质可以导致该结构本身不能充当第一电极的延伸部，并且因此可以防止伸长结构的下述增长或者致使该增长困难：该增长由增长中的结构的尖端与第二电极之间的聚集区域中感受到的介电泳力引起。为了使结构增长，要求一定程度的导电性。半导电的材料可以具有已知的或者预定或者受监测的能带间隙，该能带间隙是能量的束缚态与自由态之间的间隙，电子可以在这两种状态下存在于半导电的材料中。该方法还可以包括使区域上的流体或者使结构暴露于辐射，该辐射具有的光子能大于或者等于半导电的材料的带间隙。

因此，在半导体结构正在形成的情况下，在聚集过程期间有利的是包括对流体的照明。照明光波长应当使得辐射的很大比例的光子的能量高于半导电的纳米粒子的带间隙，因此，导带中的光生载体致使材料导电，使得该材料可以提供所要求的导电率以使该材料能够充当延伸的电极。

通过选择纳米粒子结构在聚集过程期间被暴露于的适当的照明波长，致使原来不充分导电的纳米粒子结构暂时足够导电使得在结构的增长中的端部处产生必需的电场条件，并且伸长结构可以朝向第二电极进一步延伸。

发明人已经意识到，涉及导电纳米粒子的实施方式使得伸长结构以比使用非导电的或者半导电的纳米粒子例如量子点可以实现的大的速度和窄的线条厚度形成。因此，通过使用适当选择的波长的光的照明在聚集过程期间诱导半导电的粒子的光电导性，如上所述的额外的照明在对使用不是导体的粒子的该方法进行改进时可以是有益的。以该方式，进一步改进了由该方法提供的适印性。

此外，在一些实施方式中，纳米粒子可以包括金属的或者导电的和半导电的粒子的混合物，作为都在同一导电性等级中的构成纳米粒子的替代物。

在一些实施方式中，该方法还将包括通过电沉积或者无电镀或者自动催化电镀来向伸长结构的外部施加金属层。这可以使得通过添加通过应用电镀池电镀工艺实现的材料使已形成的伸长结构的厚度、宽度或者高度增加。这可以例如利用镀铜液执行。除了增加线条厚度之外，假如这被特别的应用要求的话，这种工艺可以提高已形成的线条的导电性。例如，铜沉积使得纳米线具有增加的导电性。纳米粒子组件应当足够坚固和稳固以挺过电镀池过程。

根据本发明，我们也提供了根据以上所描述的方法产生的基板，该基板具有形成在其上的伸长结构。将理解的是，这种伸长结构承载基板特别有利之处在于在形成在这些基板上的结构可以是超精细结构的同时，基板可以具有许多的物理的、机械的、光学的、表面形态的和电气的性质，这些超精细结构例如在宽度上窄至350纳米或者低于100纳米，同时沿其长度具有均衡的宽度和截面大小，而且有利地具有导电和半导电特性。因此，根据本发明的基板可以在各种各样的技术和工业应用中是有用的。例如，一种应用可以覆盖具有一组或者交叉网格的导电的线条的玻璃或者箔，以便获得高水平的表面导电性，由于线条的宽度窄，所以同时保持了这种表面的非常高的光传输水平。还将理解的是，线条的均衡截面轮廓促成了在整个这种复合伸长结构中的均匀地高的并且可靠的水平的导电性。这种基板可以将诸如透明导电电极的应用视为例如铟锡氧化物替换物。

在一些实施方式中，基板包括电绝缘材料。

在一些实施方式中，在其上形成有伸长结构的基板的表面可以是电绝缘的。

优选地，伸长结构具有由该结构的在一方向上的范围限定的大约100纳米的宽度，该方向垂直于该结构的伸长轴线并且平行于在其上形成有该结构的该基板的表面。该宽度值可以是伸长结构的整个长度上或者用于该结构的长度的特别区段的平均值或者最大值。例如，当沉积了200-500nm宽的湿润区域的流体时，本发明的方法允许将最终的被干燥的结构的宽度进一步减少至100nm或者更小。

优选地，结构的宽高比大约等于一。换句话说，结构在特别的点处的高度等于该结构在该点处的宽度，或者与该结构在该点处的宽度是同样量级。即截面宽高比在尺寸上基本上可以是正方形的，无论截面的形状基本上是正方形、圆形、圆角正方形还是任何其他形状。

提供下述基板在物理坚固性和完整性以及电导度方面提供了清晰的优点：该基板具有设置在其上的纳米尺度或者微尺度的结构，其中截面的形状不是平坦的而是高宽大约相同。

在与已形成的结构的伸长轴线垂直的平面中的截面的形状在不同的实施方式之间可以变化。

利用本领域已知的形成精细结构的方法不可实行或者不可以实现这种优选的宽高比。

根据本发明，也提供了一种用于在基板上形成结构的设备，该设备包括：打印头，该打印头用于将包含可电性极化的纳米粒子的流体沉积到基板上；第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极用于向由被打印头沉积的流体限定的湿润区域施加交变电场；以及流体移除装置，该流体移除装置用于从基板移除沉积的流体。

有利地，根据本发明的设备能够打印包括窄线条的结构，该窄线条由基板上自聚集的纳米粒子形成。

流体移除装置可以优选地是用于增加沉积的流体蒸发的速率的装置。在一些实施方式中，流体移除装置包括吹风机诸如风扇，或者该装置可以包括加热器。根据本发明，这种装置可以被有利地用于在伸长结构已经在流体内形成之后干燥基板上的墨。在一些实施方式中，加热器可以包括装置诸如辐射体或者电元件或者加热元件的装置，该装置被布置成向基板的底部施加热。例如，该设备可以包括打印台，用于在其上打印的基板可以被定位在该打印台上，并且该打印台可以包括加热器，该加热器被布置成将热从下方施加到整个的或者基本上全部基板。这种均衡的加热可以具有加速干燥过程的有利的效果。

在一些实施方式中，加热器可以包括辐射加热单元，该辐射加热单元被布置成在将辐射热引导到在沉积的流体的接近打印头的区域上。这种加热单元可以包括光学加热单元诸如激光二极管、激光器或者红外线加热器。取代或者除了如上所述的一些在基板下的加热或者均衡的加热之外，这将提供局部地将热施加到基板的或者在基板上的流体的目标区域的能力。在一些实施方式中，有益的是使用这种可命中目标的或者可聚焦的加热单元，以随着打印头沿着伸长结构正在形成的路径移动将热以集中的方式明确地引导到紧随打印头之后的区域上。除了使流体干燥过程加速并且由此时打印过程加速之外，这种局部的热施加也可以局部地激活烧结过程，在该烧结过程中，单独的纳米粒子熔化或者熔融在一起以便形成更有结合力的结构。特别地，为此目的，设想使用集中的激光光源或者激光二极管光源。任何这种辐射加热单元都可以被附着到打印头或者被安装在打印头上，或者可以与该打印头分开地设置在适合于将热引导到流体上的位置处。

通常，第二电极相对于第一电极是能够移动的。因此，可以使用可移动的第二电极来打印从第一电极开始的延伸的伸长结构，该第一电极优选地在沿着位于基板上的伸长结构路径的开始点处可以是固定不动的。

优选地，电极中的至少一个电极具有包括尖状端部的伸长形状。优选地，第二电极包括用于将流体从打印头递送到基板的导管。下述第二电极是优选的：该第二电极具有伸长的针状物的形式，该针状物包括尖状端部，在该尖状端部内形成了导管开口或者喷嘴，流体经由该导管开口或者喷嘴被沉积。具有该形式的第二可移动的电极将允许流体通过该设备的相同的元件被沉积，该同的元件也用于促成形成适合于介电泳的相对高强度的交变电场。

因此，在一些优选的实施方式中，第二电极被形成为打印头的一部分。实际上，第二电极可以形成打印头或者打印头可以是第二电极本身。

通常，该设备还包括信号控制器，该信号控制器被配置为控制到第一电极和第二电极的交变电信号，以便在第一电极和第二电极之间施加交变电场。该信号控制器可以被配置为使得电流具有在1-10,000μa的范围内的ac幅度以及在0.1-1000.0μa的范围内的dc偏压。如上所述，这种配置在一些实施方式中可以是有益的。

通常，该设备还包括用于移动打印头的机构。这可以包括任何形式的输送机或者致动器，通过该输送机或者致动器特别地可以调整打印头或者第二电极的位置，以便跨基板移动打印头并且由此描绘出一路径，沿着该路径可以沉积流体并且可以聚集伸长结构。

优选地，该机构被配置为使该打印头在xy平面中移动，该平面与结构待形成在其上的基板的区域的表面基本上共面。优选地，该机构也被配置为在z方向上移动打印头，该方向基本上与结构待形成在其上的基板的区域的表面垂直。换句话说，打印头或者第二电极可通过该机构在由x、y和z方向所表示的三个维度上是能够移动的。因此，移动中的电极的高度可以根据基板的表面轮廓进行变化，以便能够在不平坦的或者非平面的表面上打印。这种在z轴线上的可移动性对于在弯曲的、倾斜的或者粗糙的表面上打印是特别有益的。

通常，根据本发明的沉积在基板表面上的墨的数量将是足够低的，使得纳米粒子墨可以坐落或者停留在湿润区域内而不会由于重力流失或者移动。可以对包含有纳米粒子的墨的尺寸、数量和流体性质进行选择使得墨与基板之间的附着可以比由于重力的可以另外地使流体移动或者从湿润区域被转移的任何力更强。因为沉积的墨的体积足够低，所以沉积的墨的质量也可以足够小，使得墨体积的重量小于防止墨被转移的力。此外，可以控制若干参数以便避免当在不平坦的表面的应用中使用时墨流失或者移动。例如，可以将各种各样的粘结剂或者附着促进剂添加到墨以便提高墨与基板之间的附着。

此外，通过化学或者等离子体处理可以改变基板的表面自由能。等离子体处理诸如通过增加可湿性可以允许实现将有助于防止沉积的墨流出期望的湿润区域的表面性质。

此外，粘度和表面张力可以是流体墨构成的关键参数，这些关键参数可以对诸如倾斜的或者弯曲的基板的表面上的沉积的墨的移动或者行为有影响。这两种性质都与表面能量有关，该表面能量量化了当该表面被创建时发生的分子间键的破裂。因此，修改和优化这两个参数可以是有益的，以便例如增加粘度和表面张力并且由此促进沉积的墨留存在沉积的表面区域或者湿润区域中。

通常，该设备还包括用于控制打印头的移动的打印控制器。这可以是计算机操作的或者用户操作的装置，以用于将控制信号提供给前述的机构，以便根据期望的伸长结构图案跨基板移动打印头或者第二电极。

在一些实施方式中，该设备还包括距离传感器，该距离传感器被配置为输出距离信号，该距离信号包括打印头与基板之间的距离的指示。这种传感器可以被用于监测打印头或者可移动的第二电极的在正在其上进行打印的基板表面之上的高度，以便适应不平坦的表面并且纠正打印头高度以便维持在该表面之上的恒定的高度或者优选的高度范围。此外，在实施方式中的一些实施方式中，打印控制器可以被配置为接收距离信号并且根据距离信号控制打印头的移动，以便维持打印头与基板之间的最佳距离。最佳距离或者竖直高度可以是这样的：在该最佳距离或者竖直高度处，粒子在其内被收集在增长中的伸长结构的端部上的流体的区域中的介电泳力被最大化或者被使得处于用于聚集的最优水平。换句话说，该设备可以包括电子控制系统，该电子控制系统利用由距离传感器监测到的数据在跨基板移动电极或者打印头期间在任意给定点处自动地将电极维持在该表面之上的正确的高度处。距离传感器可以被包括在打印头内或者可以与打印头分开地设置在设备内。移动中的电极与基板之间的竖直距离测量结果由于这个原因可以是有益的，并且检测器单元因此可以被附着到第二电极。例如，可以使用检测器单元或者距离传感器诸如接触式和非接触式检测器。对这两种类型的传感器中的任一种的选择可以取决于基板的性质，包括该基板的透明度、其粗糙度和其硬度。

例如，基于激光干涉测量法的光学传感器或者基于强度的传感器可以确保实现有利的分辨率和工作距离。在两种情况下，可以将光纤用在被附着到移动中的电极的传感器中。

利用激光可以使用michelson干涉仪配置以用于测量对象的亚波长(纳米范围)位移。干涉测量法将来自干涉仪的两个臂部的信号进行组合。首先在振动镜处引导这些信号并且其次将这些信号附着到移动中的电极，并且将这些信号指向表面处。将这两个信号进行耦合，并且可以根据干涉图案计算竖直距离。

也可以使用基于强度的传感器。这该情况下，可以将光纤束附着到第二电极。一半的光纤可以传输光，而其他的光纤接收从表面反射的光。从表面反射的光的量可以被用于计算竖直距离。

可以将距离传感器附着或者安装到打印头，或者可以将该传感器定位在该设备的任意部分处，该传感器从该任意部分处可以测量或者监测打印头位于基板之上的高度。

也可以通过商业的高精度接触式传感器实现分辨率和工作距离。通过使用光学或者cmos传感器可以实现接近1μm的精确度，以用于铅笔/针型传感器内的位移测量。

来自任何种类的传感器的信号都可以被用作反馈，以用于将高度调整到表面与移动中的电极之间的正确的距离。

通常，该设备还可以包括用于容纳流体的容器。该容器可以形成在打印头内，或者可以经由输送管将流体从打印头外部的远侧容器递送到打印头。

在一些实施方式中，该设备还可以包括图像传感器，该图像传感器被配置为捕获打印头的图像。该图像传感器可以包括摄像机或者显微镜，该摄像机或者显微镜具有包括打印头或者在其上执行打印的基板的区域的视场，以便提供可以用于控制或者改善打印头或者第二电极的控制或者移动的可视化数据或者图像数据。图像数据可以被传感器持续地收集，并且该图像数据可以被自动化的计算机控制的系统利用，该系统根据基板的形貌调整第二电极的移动，或者可替代地，该图像数据可以被操作者用于以手动的方式完全地或者部分地控制打印头的移动。

在一些实施方式中，可以对打印头定位并且通过前述的控制器以自动的方式移动该打印头，特别是利用被配置为监测或者识别基板表面上的对齐记号或符号或者基准点的光学摄像机或者图像传感器。因此，在这些实施方式中，该设备可以在基板上自动地定位开始的打印位置。在一些实施方式中，操作者可以手动地控制一路径，第二电极通过可视化地监测来自图像传感器的图像馈送沿着该路径打印伸长结构。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1是例示了根据本发明的方法的流程图；

图2是例示了根据本发明的第一实施例的方法的第一步骤的示意图；

图3是例示了根据本发明的第一实施例的方法的第二步骤的示意图；

图4是示出了根据本发明的第一实施例的方法的第三步骤的示意图；

图5是例示了根据本发明的第一实施例的方法的第四步骤的示意图；

图6是例示了根据本发明的第二实施例的方法的第一步骤的示意图；

图7是例示了根据本发明的第二实施例的方法的第二步骤的示意图；

图8是例示了根据本发明的第二实施例的方法的第三步骤的示意图；

图9是例示了根据本发明的第二实施例的方法的第四步骤的示意图；

图10是示出了通过根据本发明的方法产生的示例性伸长结构的俯视图的示意图；

图11是例示了根据本发明的第三实施例的方法的示意图；

图12是例示了根据本发明的第四实施例的方法的示意图；

图13是例示了根据本发明的第五实施例的方法的示意图；

图14是例示了在导电基板上由流体内的纳米粒子形成结构的示意图；

图15是例示了根据本发明的第六实施例的方法的示意图；

图16是根据本发明的第七实施例的方法在基板的一区段上正在形成的伸长结构的一区段的透视图；

图17是示出了在其表面包括具有陡峭侧壁的沟槽的基板上根据本发明的方法形成伸长结构的截面；

图18和图19是例示了根据本发明的第八实施例的方法的示意图；

图20是例示了根据本发明的第九实施例的方法的示意图；

图21和图22是例示了根据本发明的第十实施例的方法的示意图；

图23以立体图和侧视图示出了根据本发明的示例性设备；

图24以侧视图示出了根据本发明的另一示例性设备；

图25是示出了根据本发明的设备和方法的示例性应用的立体图。

具体实施方式

参考图1至图5，现在对用于在基板上形成结构的方法100进行描述。该方法在步骤101处开始，在该步骤中，将一定量的流体2沉积到基板3的表面上。因此，通过表面的其上设置了流体的区域限定了基板3的表面的湿润区域4。流体包含具有100nm直径的银纳米粒子形式的可电性极化的纳米粒子(未示出)。流体内的纳米粒子的质量分数为0.2％。流体的主要成分是乙二醇形式的溶剂。流体也包含葡萄糖形式的稳定剂，该稳定剂在流体内具有0.6％的质量分数。

沉积步骤由图2中的箭头指示并且通过毛细力沉积执行。基板可以包括玻璃片或玻璃板，或者可以包括金属的、导电的、半导电的或者电绝缘的箔。如根据图2的俯视图明显的是，流体沿着跨基板的直线设置，因此限定具有伸长形状、即具有基本上大于其宽度尺寸的长度尺寸的湿润区域。湿润区域的宽度为大约500μm。湿润区域的形状可以与许多不同几何图形中的任一种几何图形对应。在本实施例中，已经选择直线作为预定几何图形，其目的在于在基板上产生同样是直线形式的相似形状的伸长结构。

在目前所例示的实施例中，流体具有包括粘度和表面张力值的物理性质，这些物理性质允许所沉积的流体形成具有的高度在基板的表面之上的珠子或者线条，该高度足以在流体的体积内执行本发明的方法。

在步骤102处，将第一电极6和第二电极7引入到流体2。这在图3中进行例示。将金电极6、7电连接到产生可控电势的电路12，该电路可以额外地包括用于提供对跨两个电极的电势进行指示的装置，该装置可以是电压计或者电势计。在图3中例示的结构形成过程的开始处，两个电极被定位成使得电极的尖端在湿润区域上的流体的体积内，并且尖端接近基板3的表面但是不接触该基板的表面。电极端部部分到基板表面的接近度在实施例之间可以变化。在本示意图中，第一电极6与基板3的表面之间的距离被示出为与待聚集的结构的期望的或预定的或构造的高度尺寸近似对应。即，电极被示出为定位在这样一高度处，使得待从电极6的尖端形成的结构被聚集得非常靠近基板3表面或接触该基板的表面。然而，聚集结构的高度可以独立于在基板表面之上的电极的高度。在一些实施方式中，电极端部在流体体积内的高度使得线条结构被聚集成在电极之间的流体中浮动，并且随后在干燥阶段期间开始接触基板。伸长结构的高度即该结构从顶部到底部的测量结果可以与该结构的宽度近似相同，使得该结构可以具有宽高比约为1的近似柱形的形状。通过配置电路12以生成跨电极6和7的交变电势，将交变电场施加到该区域上的流体。

所施加的电场的交变频率和幅度以及dc偏压的幅度与两个电极之间的所选择的开始距离一起使得出现在电极之间的区域9处的电场强度和梯度使可性极化的纳米粒子经历介电泳力，该介电泳力使这些纳米粒子在第一电极6上开始聚集在一起。在本实施例中，跨电极的电压具有10khz的ac频率、70v的ac幅度以及1.5v的dc偏压。由此施加了具有400μa的ac幅度和1μa的dc偏压的电流。不均匀的电场有助于经由介电泳聚集，尤其是因为电场的朝向生成该场的电极的梯度或者散度。部分地对电极的形状进行选择以便产生这种不均匀的电场，使得电极各自均具有伸长结构并且优选地具有尖状的端部部分(未示出)。

将施加到电极的电势额外地被配置成具有dc偏压，该dc偏压引起纳米粒子首先在两个电极中的一个电极上聚集，在该情况下该电极是第一电极6。也可以看到，第一电极6被定位成位于或者靠近该区域上的流体的第一端部16。这样做使得在湿润区域内结构开始形成的位置(在本实施例中，该位置由第一电极的开始位置确定)在伸长的湿润区域的末端处，因此促进了下述结构的形成：通过沿着该区域的基本上整体的长度延伸，该结构在该区域内形成具有最大可能长度。

在步骤103处，使多个纳米粒子聚集以形成从第一电极朝向第二电极延伸的伸长结构10。该多个纳米粒子与位于该区域上的流体内的足够靠近组件9的区域的那些粒子对应，其中，电场条件有益于经由介电泳使粒子聚集，因为这些粒子被吸引到电极6并且在该电极上凝聚以便开始形成结构10。

由于电极之间的电场的方向，随着通过逐步将流体内的粒子添加到结构来使结构10增长，聚集的该结构朝向第二电极增长或者延伸。

在当前的实施例的方法中，第二电极7在该过程期间是能够移动的并且沿着湿润区域的伸长轴线移动，使得该第二电极以50μms^-1的速度被拉动远离第一电极6。在图4中，第二电极7被示出为已经沿着湿润区域上的流体的长度进行移动并且已经基本上到达湿润区域的远离第一电极6的位置的端部。如在图3和图4的视图中明显的，当前的实施例的方法引起沿着湿润区域的长度分布在整个流体中的纳米粒子被聚集以形成伸长结构10，该伸长结构的形状与第二电极7移动所沿着的路径对应。将理解的是，第二电极沿着与伸长的湿润区域的形状对应的路径进行移动，并且在当前情况下所聚集的结构是沿着湿润区域上的流体并在该流体内部的聚集的纳米粒子的集中体。因此，通过将一定量的流体以特定的伸长的几何图形——在该情况下为简单的直线——沉积在基板上，并且在施加适当的交变电场的同时沿着流体的长度以适当的速率拉动第二电极，使最初分散在整个流体中的可性极化的纳米粒子在流体内集中成精细结构，该精细结构的高度和宽度远小于该区域上的流体的线条的那些尺寸。

通过保持第二电极移动的速率或速度以及保持施加到电极的电势的性质来实现伸长结构从图3中所示的长度到图4中所示的长度的增长。这被执行来使得随着通过得益于将粒子吸引到聚集区域9的介电泳力使纳米粒子汇集在与第一电极6连接的结构10上并且聚集成该结构来使该结构增长，该聚集区域随着结构10增长连同该结构的端部部分11有效地移动，在该聚集区域中，电场条件使分散的纳米粒子收集在该结构的端部部分11上。因为纳米粒子足够导电，所以在早期阶段或图3处的形成所示的结构10的形成有效地增加了第一电极6的范围，使得施加到该电极的电势被传输通过结构10，并且使得结构10的端部部分11有效地充当第一电极6的端部部分19。以该方式，使得在形成结构10之前分别通过第一电极6和第二电极7的尖状端部部分19、20产生的最佳的电场强度和梯度存在于该结构的端部部分11与第二电极7之间。这通过下述来实现：通过以这样的速率移动第二电极并且通过调整电势性质，使得随着结构10逐步地增长并且端部部分11和电极20的位置沿着湿润区域的长度被相应地移动，使得分散在流体中接近该结构的端部11与第二电极7之间的区域9的纳米粒子经历所要求的介电泳力。

在步骤104处，一旦结构已经聚集以形成期望的形状或者几何图形，则移除流体以便使伸长结构留存在基板上。在干燥过程期间继续施加交变电场可以是有益的。在该阶段保持ac信号开启允许介电泳聚集作用将纳米粒子继续保持在它们的聚集结构中，直到留存如此少的流体使得纳米粒子不再自由移动或者不再能够移动。然后，在通过已经移除的流体使纳米粒子已经被固定在它们在该结构内的聚集位置之后，可以关闭该信号。在本实施例中，基本上所有的最初在步骤101处存在于该区域上的流体中的纳米粒子都被集中成纳米级宽度的伸长结构10。因此，并且如图5中所例示的，在本实施例中通过蒸发移除流体得到已经在基板上形成的集中的、超窄的导电银线条或线。将理解的是，该线条的宽度及其高度将基本上比沉积的流体线条2的宽度和高度小，并且优选地可以比该沉积的流体线条的宽度和高度小三个量级的幅度(尽管这一点没有为了例示性目的照此示出在所描述的附图中)。

额外地，通过向结构、流体和基板中的一个或多个施加热来使干燥过程加速。在本实施例中，将基板或者流体加热到130℃的温度，持续15分钟的时间段，使该结构干燥并且稳固。这种热的施加使结构10与基板3之间的粘合性增加，因此产生附着到基板的稳固的超窄线。

作为额外的步骤，组件可以经受烧结过程，例如通过加热到150℃的温度，持续十五分钟的时间段。

可选地，随后可以利用电镀池或者电沉积对所形成的线结构或者图案选择性地进行电镀。

参考图6至图9，现在描述根据本发明的第二实施例的方法，可以使用与前面的附图中所示的设备相似的设备执行该方法。本实施例与第一实施例的方法不同之处在于，本实施例包括最初将流体的珠滴或者液滴沉积在基板的为圆形或者基本上环形的湿润区域上，而不是沿着基板上的线性的、伸长的湿润区域沉积流体。如根据以上描述将会理解的，因为使用本发明的方法形成的结构的形状很大程度上由包含有待构成该结构的纳米粒子的流体的湿润区域的形状确定，所以通常会着眼于产生与例示在前面的附图中的结构相比相对短的结构来执行本实施例。

虽然本实施例中的湿润区域的形态不同于前面所示出的，但是本方法的步骤与以上所描述的那些步骤相似，并且负责形成伸长结构的介电泳机制是相同的。流体的液滴的沉积由图6中的箭头指示。在此之后，如图7处所例示的，使第一电极和第二电极开始接触并且使它们进入流体的珠滴2。珠滴2的尺寸使得将电极6和7定位在珠滴2的相反侧的时可以通过施加幅度与前面的实施例的幅度相似的电势来在电极端部19、20之间的区域9中产生用于聚集结构的适合的电场条件。在前面例示在图2至图5处的实施例中，通过最初将电极定位在流体的伸长线条的相反端部处来聚集结构将是不可实行的。这部分地是因为电极之间的距离会太大使得产生用于结构形成的足够强度的电场所需的电势将会大到使得将导致有害影响，诸如纳米粒子上的不期望的电流和力。当应用于前面的实施例时，这种最初的电极定位也将是不利的，因为其在电极6和7之间(以及最终在结构端部11与第二电极7之间)不会引起相对局部化的聚集区域9的存在，如上所述，该聚集区域在其他方面为本发明的方法提供了对结构的增长的有利程度的控制。

如图7中所示，一旦聚集了本实施例的较短的伸长结构，则与第一实施例相似，通过干燥基板来移除流体。在图8中示出了承载已形成的结构的被干燥的基板。

在于图9中所描绘的阶段下，在移除珠滴之后，将第二量的墨2’——即包含纳米粒子的流体——以第二珠滴的形式沉积在基板上邻近第一区域的第二区域上。然后重复形成短的伸长结构的过程。将会理解的是，在包含纳米粒子的流体的珠滴内形成伸长结构的短区段的这一技术可以被重复很多次，以在基板上逐步地建立多个或者许多的短的伸长结构，以便形成具有预定二维形态或者几何图形的超结构或复合结构。因此，由于伸长结构的宽度窄，可以使用本实施例的方法打印具有非常精细的空间分辨率的复杂的二维结构。

逐滴的方法允许以一方式在基板上的纳米线结构或者图案上形成2d微米线，该方式对于例如施加跨基板延伸的相对大的流体膜并且在该流体膜中形成具有与电极的移动对应的形状或图案的结构而言是有利的。通过每次沉积小体积的流体，可以更为快速且容易地干燥流体的量。额外地，利用优于大的流体膜的小的湿润区域使得从伸长结构到湿润区域边缘的距离相对小。因为流体内分散的纳米粒子的聚集取决于由所述粒子所感受到的介电泳力，该介电泳力又取决于所述粒子距电场的聚集区域9的距离，所以利用小的湿润区域允许在给定的液滴或者线条中的所有纳米粒子都被聚集过程消耗，在干燥流体之前在流体内不留下或者留下非常少的未被聚集的纳米粒子或分散的纳米粒子。

由电场施加在粒子上的介电泳力的范围是使得在距已形成的组件的端部11或者聚集区域9大约500至1,000微米的距离内的纳米粒子被吸引到组件上并且被消耗。沉积具有比该距离大的线性尺寸或宽度的流体体积可以导致由这种流体的体积的周缘上的粒子所经历的介电泳力的强度不足以用于使粒子朝向聚集区域9移动。

额外地，用以形成复杂的二维结构的逐滴的阶段式方法提供了下述优点：该方法原则上在每个液滴中聚集伸长结构之后可以使每个液滴非常快速地被干燥。在每个结构都已经被干燥之后，该结构在物理上是稳固的和坚固的，并且耐损坏且耐破损。因此，通过将任意预期的或预定的结构或者微米线/纳米线图案分成小的构成部分并且逐渐聚集整体结构，并且单独地打印和干燥每个部分，降低了复合结构遭受的损坏和不均匀性的风险，因为在给定的时间，易受损坏的仅是整体图案的在该时间在流体的液滴内正在聚集的部分。

图10示出了根据本发明的可以在基板上形成的两个示例性超窄线结构的俯视图。例示在a和b处的结构中的每一个结构都可以使用第二实施例的方法的阶段式方法形成。额外地，例示在a处的结构可以通过沿着l形湿润区域将流体的伸长线条沉积到基板上来形成。在该情况下，可以通过下述过程由流体内的纳米粒子形成l形结构：将第一电极定位在基板上的该区域内与该结构的第一端部23的位置对应的位置处，并且如上所述使第二电极沿着直线朝向l形区域的转角移动，该转角的位置与整体结构的中间点24对应，并且随后使该第二电极从点24移动到该区域内接近该区域内的与所形成的结构10的第二端部的位置对应的点25处的点处并且稍微在点25之前的点处。可替代地，将会理解的是，a处所示的结构10可以在两个阶段中形成，每个阶段都包括流体墨的直线沉积并且在其中形成线性结构。这种方法也适合于形成与图10的b处所示的结构相似的结构。根据第一实施例的方法，可以通过创建在第一端部23与第二端部25之间延伸的线性结构10来形成该结构。随后，可以形成在第一点23a与第二端部25a之间延伸的第二结构10a使得该第二结构与第一结构10连接，该第一点与第一结构10内的一点重合。在对来自其中形成第一结构10的第一湿润区域的流体进行干燥之前或者之后，可以根据本发明的第一实施例的方法形成第二结构10a。此外，第二结构10a的第一形成部分可以在端部23a或25a处开始，即可以从与第一结构10连接的点23a开始增长出第二结构，或者该第二结构可以在25a处开始聚集并且可以朝向结构10增长直到该第二结构到达点23a。

图11示出了根据本发明的第三实施例的方法。在该实施例中，通过使用多个电极增加了伸长结构的长线条可以聚集所处的速率。如在第一个呈现的实施例中，将包含可电性极化的纳米粒子的流体2的线条沉积在基板3上。如图11中所例示的，提供了交替的正电极和负电极的梳状布置，其中电极被布置成与湿润区域的形状对应的直线。电极之间的间隔可以在0.05至1厘米之间，但是比该间隔更宽或者更窄的间隔也是可以的。因此固定不动的梳状电极结构在湿润区域4内产生多个子区域4a-4e，每个子区域都具有相似的布置，并且因此产生与第二个描述的实施例的小湿润区域2的结构组件相似的结构组件。

如以上所指示的，电极的交变电势的极性或dc偏压沿着线条交变。在本实施例中，电极6、6a和6b中的每一个电极都包括与第二实施例的电路相似的电路的一部分。因此电极7具有与第二实施例的第二电极相同的功能，并且在湿润的子区域4a内，短伸长结构10a从子区域4a的第一电极开始朝向第二电极7增长。在子区域4b内看到与子区域4a内的增长同时的相似的增长。电极7再次充当第二电极，并且电极6a与电极7一起传输具有偏压、频率和幅度的电势，使得短的伸长结构10b从电极6a朝向电极7增长。因此，一对结构10a和10b跨子区域4a和4b增长，直到每个结构都充分增长以使其延伸到另一结构并与另一结构接触。如从图11中可以看出，沿着湿润区域4布置的交变极性电极的重复对会使结构10c-10e的相似的接合对聚集并且在区域4c-4e中向前和向远处。与前面的实施例相比，同时在多个位置形成彼此接合的结构使得能够迅速地形成长的伸长结构。例如，利用本实施例的方法形成的一米长的微米线或者纳米线可以完全与使用第一实施例的方法形成500微米的线条所花费的时间相同的时间来形成。

在根据本实施例的方法中，在不同的结构10a-10e中的每个结构之间结构增长速率可以变化。可能的情况是，在邻近区域中增长的结构诸如结构10a和10b以不同的速率增长。这一差异可能的不利在于，如果一个结构例如10a增长得足够快速以致在同时且邻近地增长的结构诸如10b已经接触电极诸如电极7之前接触该电极，那么由于穿过前一结构的导电路径连接两个电极，所以后一结构的增长可能被过早地停止。因此，可以有益的是控制每个结构的增长以便确保所述结构的增长速率是一致的或者所述结构都同时到达它们的端点。然而，这种控制可能难以实现。

在图12处例示了第四实施例的方法。尽管在第三实施例的方法中所提供的梳状电极结构与第二实施例的方法类似之处在于该第三实施例的方法涉及其间隔不改变的固定不动的电极对以及在相对小的子区域中形成相对短的伸长结构，但是本实施例与第一个描述的实施例类似之处在于本实施例涉及伸长的湿润区域以及其中一个电极逐渐远离另一个电极的电极移动对。在分别被定位在湿润区域4a、4b和4c中的电极对6和7、6a和7a以及6b和7b中的每个电极对中，通过在由箭头指示的方向上移动电极7、7a和7b中的每个电极，以与关于第一实施例所描述的方式相似的方式形成相应的结构10a、10b和10c。沿着其中伸长区域4a-4c对齐的线条移动这些电极，直到每个结构都已经增长到足以与相邻的结构接合。在结构10a在区域4a中形成的情况下，该结构开始在不移动的第一电极6上形成使得该结构具有与电极6的端部部分的位置对应的第一端点23a。然后通过移动电极7使结构10a增长，直到该结构的端部部分11a已经到达23b，在该处该结构与已经同时在区域4b中形成的第二结构10b的第一端部23b连接。

可以将其间形成有结构的每个电极对连接到分开的电路，以便提高所有的多个结构聚集的均匀性，因此产生更均匀的复合结构。为此，可以将每对电极都连接到与该电路连接的基于反馈的过程控制装置。使用电流测量值或者来自增长中的结构的图像的可视化数据，每一个这样的装置都可以测量每个相应结构的增长的速率、进展或状态，以便向所施加的电场应用纠正性调整，使得聚集速率在结构上的所有位置处以及沿着整体的复合结构都是均匀的。

将会理解，对于允许同时创建多个结构的这些基于梳状的多电极方法中的任一种方法，所描述的实施例仅为了例示性目的，并且电极或电极对的数量以及多个电极的相对布置可以根据所要求的复合结构的大小和形成的速率进行缩放。

在图13中示出了根据本发明的第三多电极方法。在该第五实施例的方法中，将电极对布置成对齐成两个平行梳的两个梳状结构，其中跨多个电极对施加电势使得每对电极都包括在一个梳中的第一电极6a-6d和在第二梳中的第二电极7a-7d。在所例示的实施例中，基板3上的多个湿润区域4a-4d各自都具有设置在这些区域上的流体线条2a-2d。流体线条被沉积成使得线条彼此平行，并且使得线条之间的间隔与每个梳中的邻近电极之间的间隔对应。

使用该实施例的方法，通过施加跨每个电极对的交变电场并且随着结构10a-10d增长在由箭头指示的方向上移动电极7a-7d的第二梳，来形成多个平行结构10a-10d。因此，与第一实施例的方法相似，该方法适合于通过平行地聚集结构以极大地增加的速率产生大量的平行结构，这些平行结构每个都可以跟随与本实施例中所例示的直线背离的对应路径。

基板3的材料的导电性对结构形成有影响。这在图14中进行了例示。在该实施例中，其上待形成有结构的基板13是导电的。图中所示的布置与以上所描述的并且在图2至图5中例示的第一实施例的布置相似。将第一电极和第二电极6和7定位成使得它们各自的端部部分19和20被定位在流体2的体积内的在基板13的表面上方的某个非零的距离处。因为基板导电，所以跨电极所施加的电势使电流优先于在电极之间的流体区域中形成场而先流经基板13。电流的路径由线条8示意性地例示，并且该电流从第一电极6的端部19沿着电阻最小的路径经由最短的路线流到基板表面的点27处，流经基板并且经由电阻最小的路线流经流体的第二区域，从基板表面的点28处流到第二电极7的端部部分20。

因此，使用具有导电基板的该布置，在电极端部19、20中的每个电极端部之间并且沿着电场到基板上的点27和28的线条由流体内的纳米粒子形成短的结构区段。使用导电基板使得难以在电极之间产生前面所描述的实施例能够产生的均匀的超窄结构。

可以使用在图15中例示的布置来克服这一问题，该图示出了根据本发明的第六实施例的方法。该实施例与第一个所描述的实施例的不同之处在于使用了导电基板13并且电极6和7定位在流体体积2内较高处以便对此进行补偿。额外地，流体包括非导电溶剂诸如非极性溶剂，这增加了电极6和7与基板13之间的电阻。此外，第一电极和第二电极之间的最初的间距在过程开始处足够小以用于优选的电流路径即最小电阻路径是在两个电极之间而不是在相应电极与导电基板的表面上的相应点之间。

从其中结构10靠近流体线条的顶部形成的该布置开始，当前的实施例的方法包括以与以上所描述的实施例的方式相似的方式使第二电极7远离第一电极6移动。在本实施例中也优选的是，为了快速干燥以及消耗全部纳米粒子的目的，对流体构成进行选择，使得在保持有利的窄的流体线条时使所沉积的线条的高度最大化，以便使电极与基板之间的物理间距最大化，并因此使电极与基板之间的电阻最大化。因此，可以基于流体构成的流体性质诸如表面张力对该流体构成进行选择，使得液体的这种较高的体积可以坐落在基板表面上。

聚集结构10靠近流体线条的顶部形成并且部分地浮动在流体中直到干燥过程，于是该结构开始接触基板表面并附着到基板表面。以该方式，本实施例克服了当基板导电时在电极之间形成直线的问题。

图16例示了根据本发明的第七实施例的方法，并且示出了基板3的一区段和设置在该基板上在湿润区域4上的流体线条2。图16的透视图示出了通过沿着流体线条移动第二电极7形成的伸长结构10。可以以与第一个所描述的实施例相似的方式或者根据本发明的其中使用了伸长流体线条的任何方法来执行所描绘的过程。将会理解的是，该图仅示出了在其上执行该方法的基板的一部分，并且特别地，与电极7一起使用的用于施加交变电场的第一电极未示出。该图例示了由本发明提供的优点，其允许通过将流体的液滴或者轨迹沉积到基板上并随后能够集中流体内的纳米粒子来在基板上形成固体线条结构，这样形成的线条结构比流体体积2窄几倍且甚至窄几个量级。此外，如在结构截面的15处可见的视图中明显的，截面或者轮廓或者所形成的结构跨其宽度具有与其宽度相当的高度。本发明的方法形成具有大约为一的截面宽高比的这种结构的能力带有下述优点：当由导电材料构成或者包括导电材料时，这些结构在与由替代方法形成的窄结构相比时将具有增加的导电度，该窄结构的截面轮廓与在图16中所例示的结构相比可以是相对平坦的。仅出于例示性目的，在图16中例示了基板上的结构10和湿润线条4的宽度所处的比例。湿润区域4的实际宽度可以在例如1至1000微米的范围内，并且形成在流体内的结构的宽度可以窄很多倍并且可以例如在宽度上窄至200纳米、100纳米、70纳米或者更小。因此，结构的宽度和整体尺寸与包封流体体积的相比可能远小于图16中所例示的宽度和整体尺寸。

图16另外例示了根据本发明的方法的用于向基板施加流体的另一变型。在于图16处例示的第七实施例的方法中，第二电极7还包括在基本上柱形的或以其他方式伸长的电极内的输送管或管子形式的导管18。第二电极7的端部部段——该端部部分接触流体2并且主要与第一电极(未示出)的对应部分一起向该流体施加电场——包括连接到导管18的开口26。因此，尽管前面所例示的实施例涉及使用适合于产生不均匀电场的具有尖状端部的基本上呈神经状的电极，但是目前所例示的实施例的第二电极被形成为中空的针状物，该针状物也适当地被成形以用于生成最佳的电场形状但还是包括流体可以穿过的管子。

随着电极7沿着由待形成的结构10的预定几何图形限定的路径在由箭头指示的方向上移动，包含用于形成该结构的纳米粒子的流体22在所指示的方向上从流体源或者容器(未示出)被递送通过导管18。可以具有与已经在基板上的流体2的构成相似或者相同的构成的流体22穿过导管、穿出孔26并且沉积在基板3上。以该方式，电极7本身可以被用作将流体递送到基板以限定湿润区域4的唯一的或者额外的工具。将沉积液体墨和施加电场的步骤进行组合以便使该液体墨中的粒子聚结以在基板上形成超窄结构的能力的有利之处在于与要求将沉积和电场施加步骤分开的技术相比其简化了产生过程并且允许更快速地执行该产生过程。

在电极本身沿着限定所形成的结构的形状的路径进行移动的同时，经由电极将流体递送到基板提供了这样的额外的优点：就在施加电场之前要先确定待形成的结构的形状或几何图形而言，该形状或者几何图形不需要是预定的。从这个意义上来说，在实施例1-6中的每一个实施例中，在施加电场时结构路径或者几何图形都是预定的，因为在这些前面的实施例中的每一个实施例中湿润区域4的布局或形状都已经被已沉积的流体墨限定。因此，在图16所示的用于设备的方法许可在流体沉积和结构形成处于进展中的同时，使包括纳米粒子的伸长结构被自由地拉动或者被打印，其中该结构的形状被飞速地限定或者确定。

除了允许在基板上形成导电率在电导体和电绝缘体的导电率之间变化的超精细结构之外，本发明的方法还促进了在具有不齐的、不均匀的或不平坦的表面的基板上形成这种伸长结构。

在图17中例示了实现这一点的方式。在这里示出了待在其上形成结构的基板3的截面，其中，基板表面包括具有陡峭侧壁33的至少一个沟槽结构31。为了简单的目的，基板表面被例示为具有单个腔体或者沟槽33，该腔体或者沟槽具有包括直线和面的规则形状。然后，该方法可以应用到包括顶点、低谷和侧壁的任何不均匀的基板表面，或者可以应用到不是水平的或者具有的表面法线的角度在整个表面上变化的表面。如从图17中可以看出，当流体2沉积在表面上时，该流体流动使得该流体跨沟槽31分布。尽管流体2向下延伸到沟槽31中，但是该流体的体积的表面基本上是水平的。伸长结构10可以以与以上所描述那些实施例相似的方式形成，使得该结构以具有均匀宽度、厚度和高度的直线从点23延伸到点25。在干燥流体期间，流体表面的弯月面将降低到沟槽中以便形成图中所示的向下的凹陷。随着流体弯月面向下浸入沟槽中，在流体体积内高于沟槽的外部的基板表面的高度的某高度处以基本上直线形成的聚集结构降低。因为结构10的在沟槽上方对齐的区段改变形状以便与进入到沟槽中的流体一起降低，所以该结构在该区段处的长度增加以便跟随沿侧壁33向下并且跨沟槽31底部的路径形成连续的线条。在图17中的中间点处例示了结构10下沉并且伸展的这一过程。

以该方式，可以在具有变化的深度或者粗糙度轮廓的基板上形成根据本发明的连续的不破损的超窄线。

可以通过在图18和图19中所示的第八实施例的方法中例示的技术解决以上所讨论的诸如在第三实施例的方法中过程受到接触电极的结构的不利影响的问题。该实施例包括在时间t1处开始的多步骤方法。

在第一步骤中，第一电极6a-6c和第二电极7a-7c的电极对的梳状布置中的每个电极对都被用于增长从每个相应的第一电极朝向相应的第二电极延伸的结构10a-10c。电极布置成分开的电极对，使得每个结构朝向不同的第二电极增长，而不是按照第三实施例中的让两个结构从两个不同的第一电极朝向单个共享的第二电极增长。

在时间t2处，聚集过程已经在电极对中的每个电极对之间形成伸长结构10a-10c中的每个伸长结构。

然后，如图19中所示出的，转换电极7a、7b和7c的电极性，使得不存在产生在经由伸长结构连接的电极对之间所感受到的电场的介电泳力。然后，该方法的第二步骤是使该结构的在那些新形成的“第一”和“第二”电极对中的每个电极对即7a与7b以及6c与6b之间的剩余部分增长，这些新形成的电极对通过转换极性有效地创建。在这些对中的每个对之间的流体区域内所感受到的电场使新的伸长结构10d和10e在这些区域中聚集，并且在图19中示出了在时间t3的部分增长状态。

在结构10d和10e的增长速率不同的情况下，可以执行第三步骤，在该步骤中，在时间t4转换某些电极的极性。在本实施例中，10d在t4处已经完成增长，然而结构10e在电极6b与6c之间仅延伸了部分。在该情况下，电极6a和7a中的每个电极的极性都被转换，并且结构10e继续增长使得所有的结构都连接并且形成连续的复合结构。

另外，如果相反地10e比结构10d更迅速地朝向第二电极增长，那么将改变施加到6c和7c的信号的极性而不是6a和7a的信号的极性。

虽然该多步骤过程总的来说可能比第三实施例的同时增长花费更长的时间来形成长的复合结构，但是本实施例可以缓和变化的结构增长速度的问题。可以通过监测跨电极的电势来指示可能需要转换电极极性的点。当伸长结构在电极对之间创建电接触时所形成的短电路可以引起电势的显著的且可检测的跌落，该跌落可以标志着应当转换极性以便使复合结构继续增长。

在图20中示出了第九实施例的方法。该方法以与如图19中所例示的前面的实施例相似的方式开始，其中，结构通过时间t1至t2增长。

本实施例与前面的实施例的不同之处在于，在时间t3之前转换的是电极6a、7b和6c的极性。这使结构10d和10e在与前面的实施例相反的方向上开始增长，分别从现在的“第一”电极7b和6b两者朝向现在的“第二”电极7a和6c两者增长。

在时间t4处，通过结构10d和10e与结构10a、10b和10c相互连接已经形成了连续的复合结构。如上所述，如果使用了多于六个的电极，则在本配置中需要第三步骤。

第十实施例的方法在图21和图22中示出并且使用了与前面的实施例相同的极性转换原理来利用多个电极对形成长的复合结构。该实施例同样地使用了梳状的电极对阵列，并且不同之处在于，电极对各自分别在分开的湿润区域4a-4c上向流体2a-2c的单独体积施加电场，而不是在单个湿润区域上的流体的单个连续的体积或者线条内形成伸长结构。通过时间t1至t2，在基板上的这三个选择性湿润的区域内形成伸长结构10a-10c。

然后从区域4a-4c移除流体，留下干燥的结构10a-10c。然后将流体选择性地沉积在基板上以限定湿润区域4d和4e，并且转换向某些电极施加的信号的极性使得新沉积的流体体积内的纳米粒子开始聚集成从电极7b和6b增长的伸长结构。

如图22中所示，通过时间t3至t4，这些新的结构10d和10e通过介电泳力聚集，该介电泳力自跨电极对7b和7a以及6b和6c所施加的信号产生，使得这些结构延伸朝向并且最终到达电极7a和6c。因此，在t4处已经形成单个的长的复合伸长结构，并且然后可以对选择性湿润的区域4d和4e进行干燥，使得将该复合结构的留存的湿润区段10d和10e稳固并附着到基板。这一选择性阶段式湿润技术利用电极对阵列提供了更可控的、在工业上可扩展的方法来形成复合结构。

参照图23，现在描述根据本发明的示例设备。设备2301包括伸长电极2303，该伸长电极形成为包含输送管(未示出)的针状物，可以通过该输送管将包含纳米粒子的流体墨2305从位于打印头2311(电极2303附着到该打印头)中的容器2307经由喷嘴2309递送。

该图示出了在基板2315上形成伸长结构2313的过程期间的设备2301。结构2313沿着在一点之间延展的路径形成，在该点处固定不动的电极2317(对应于本要求保护的发明的“第一电极”)接近基板2315。固定不动的电极的尖状端部2317a借助于结构2313的聚集连接到伸长结构2313的第一端部2313a，该结构由于点2317a处的电场强度在该点处的墨2305内的纳米粒子开始初始积聚。所描绘的结构的形状即所打印的图案是任意的并且仅为了例示性目的。

不移动的电极2317由支架2318保持并且因此在打印特别的给定结构2313期间维持固定不动。以该方式，电极2317与结构2313之间的接触允许施加在电极2317与2303之间的电流信号传播通过结构2313，以便在伸长结构的第二端部(即“增长的”、“延伸的”端部)2313b与移动电极2303a的尖端之间的区域中引起介电泳诱导力。支架2318也是可移动的，使得固定不动的电极尖端2317a可以被再定位在基板2315上的不同的开始点处，以便能够形成多个伸长结构2313。

如在图23的侧视图中所示的，第一电极和第二电极2317和2303分别被保持在机器人致动器2319和2320上。这些仅为了例示性目的以其所描绘的形式示出，并且可以包括在每个打印运行期间能够将第二电极2303沿着打印路径移动并且将第一电极2317保持就位的任何可移动的支架或者致动器。打印运行可以被理解为打印给定结构的程序。

该设备还可以包括被设置在支架2388内或者该支架下方的加热器(未示出)，基板2315坐落在该支架上。这可以提供基板下的加热以便加速流体蒸发。

如在透视图中所示，打印头还包括激光器2321，该激光器被定位成以便将加热激光束2323引导到基板上的点2315c处。该点沿着第二电极2303打印结构2313时由该第二电极描绘出的路径移动，以便在流体2305内的纳米粒子在该点处聚集之后立刻加热该流体。如可在该图中看到的，基板上所沉积的流体2305基本上仅在电极2303与干燥点2315c之间延伸，因为在该图中描绘的阶段下，沿着伸长结构2313在开始点2313a与干燥点2315c之间的所有点都已经经受由激光器2321进行的加热。

该设备可以可选地包括led光源(未示出)，该光源被配置为利用具有适当波长的辐射来照明结构的在两个电极之间的至少一部分，以用于在有必要时在该结构中诱导导电性。

参照图24，示出了根据本发明的另一示例性设备的一部分。在所描绘的实施例中，伸长结构2413正在具有包括倾斜区域的不均匀表面的基板2415上聚集。按照前面的实施例，结构2413在固定不动的第一电极2417与移动的第二电极2403之间形成。第二电极2403再次被附着到打印头2440，该打印头被保持在伸缩式致动器2442上。该致动器能够升高和降低打印头2440，以便适应基板2415的表面的不同的高度并且在打印期间负责起伏。这使用打印头2440上的michelson干涉仪形式的距离传感器2450来实现。该传感器可以监测传感器与基板2415的竖直位于其下方的区域2415a之间的由图所表示的距离d。与电极2403的已知长度l一起，可以计算该电极的尖端与基板2415的电极2403在打印运行期间将紧急地到达的区域2415a之间的竖直距离。使用这一点，控制器诸如在图23中的2360处所指示的控制器可以利用该数据，以便使用伸缩式致动器2442调整打印头2440的高度，以确保打印头电极2403的尖端根据监测到的基板2415的即将到来的点2415a的高度来进行升高或者降低到适当的高度。在这些附图中的每一个附图中，为了例示性目的可能已经对相对比例进行了改变。例如，在图24中，结构的高度相对于流体体积2405的高度被夸大了。

在图25中示出了该高度可调整的纳米线打印设备的示例性应用。在该实施例中，具有弯曲形状的接触透镜2570被用作基板，在该基板上打印了伸长结构2513。固定不动的电极2517被定位在该结构的开始点处，而在沉积流体墨2505时，第二电极2503被打印头(未示出)移动跨接触透镜2570的弯曲表面。有利地，因为打印高度被调整，以便使电极2503的尖端的路径遵照接触透镜2570的轮廓，所以可以使用该设备和方法在对象诸如接触透镜的表面上打印超精细结构。