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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 微米和纳米 » 综合其他 » 【纳米新技术】建材篇：形状、色彩自由操控
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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

太阳系系主任

[交流] 【纳米新技术】建材篇：形状、色彩自由操控 已有7人参与



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2013/03/29 00:00

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1楼 2013-03-29 08:02:15
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落花剑雨

木虫之王 (文学泰斗)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
这些真是不错啊~~~
似乎也就国外才肯花资金去生产制造这些创意性的科技产物
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落日耀红光，繁花浮暗香。遥望剑舞影，细闻风雨狂。
2楼2013-03-29 08:31:11
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鸢尾草

金虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
让人眼前一亮，继续努力做科研！
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3楼2013-03-29 08:57:36
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Solarize

木虫 (正式写手)
顶起来！
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4楼2013-03-29 10:54:53
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ccltao

银虫 (初入文坛)
★
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感觉离实用化还有距离啊

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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5楼2013-03-30 09:53:31
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ccltao

银虫 (初入文坛)
感觉离实用化还有距离啊

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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6楼2013-03-30 09:53:49
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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

太阳系系主任
【纳米新技术】表面处理和分散篇：材料改性和核壳化



[backcolor=#ffffff]  [/backcolor]【日经BP社报道】[backcolor=#ffffff]住友大阪水泥和日立化成提出了以材料的表面处理和分散技术为优势的新方案。两公司均利用粒子表面处理技术和分散技术提高了锂离子充电电池的电极材料特性。住友大阪水泥在正极材料磷酸铁锂的碳包覆方面，日立化成在负极材料人造石墨的表面改质方面受到好评。利用这些技术，在“nano tech 2013”展会上，住友大阪水泥展示了用于显示器的黑色遮光材料和高折射率硅树脂等，日立化成展示了波长转换微粒子等（图A-1）。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图A-1：利用表面处理技术和分散技术改善特性　
住友大阪水泥展出了用于显示器的黑色遮光材料（a）。日立化成展示了波长转换微粒子（b）。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]       其中，住友大阪水泥展示的黑色遮光材料是将银（Ag）和锡（Sn）的合金制成nm级微粒子实现的。目标是取代原来的炭黑，以应用于大尺寸显示器的黑色基膜。目前，黑色基膜主要采用炭黑这种碳材料，但要想使黑色基膜更薄，采用炭黑可能会降低电绝缘性。而该公司的黑色遮光材料即使减薄基膜厚度，也不会影响其遮光性和电绝缘性。此外，通过改变微粒配合，不仅能遮挡可见光，还能遮挡红外光，因此，用于CCD相机时还可降低红外光的影响。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       高折射率硅树脂在对粒径为3～6nm的ZrO[/backcolor][sub]2[/sub][backcolor=#ffffff]进行表面处理后进行分散。能够产生高达1.7的折射率。用作LED芯片的封装材料时，可提高光提取效率。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       日立化成则公开了可在微小粒子内构成材质各异的内核和外壳的“核壳化”技术。具体来说，该技术能以80～300nm的粒度实现3层以上的多层构造。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       外壳采用透明丙烯树脂，实现了荧光的长期稳定化。向该微粒子照射短波长的光后，可以转换成长波长的光，通过在太阳能电池正面设置这种微粒子层，可以提高太阳能电池的发电效率。（全文完，《日经电子》采访组） [/backcolor]
[backcolor=#ffffff]
[/backcolor]


【纳米新技术】太阳能电池篇：开拓新增长领域，提高柔性产品耐久性


[backcolor=#ffffff]  太阳能电池厂商纷纷致力于开拓继住宅和百万瓦级太阳能之后的新增长领域。开拓新领域需要开发具备柔性等新特性的模块，以及进一步降低成本。本届展会上有很多提高柔性太阳能电池的耐久性，以及降低结晶硅型太阳能电池成本的技术展出。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       其中，富士胶片面向制造成本低且具备柔性特性的色素增感型太阳能电池，开发出提高了耐久性的色素。目前使用的色素“Black Dye”因耐久性低，阻碍了色素增感型太阳能电池的实用化。而采用富士胶片此次开发的色素试制的太阳能电池在温度+85℃、湿度85％的环境下放置1000小时后，转换效率只降低了不到10％，确保了实用特性。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       除了耐久性以外，富士胶片此次开发的色素还在提高转换效率方面做了很多改进。例如，通过增强对长波端的光的吸收增加了电流值，通过抑制暗电流提高了电压值。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       夏普采用该色素试制的色素增感型太阳能电池实现了11.9％这一目前世界最高的转换效率（图4）。今后，为了进一步提高转换效率，富士胶片还将继续进行改良，以便能更多地吸收长波段的光。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图4：提高太阳能电池的耐久性
富士胶片面向色素增感型太阳能电池，开发出提高了转换效率和耐久性的新色素（a）。该公司还利用耐久性出色的气体阻隔膜试制了柔性CIGS型太阳能电池（b）。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]       除此之外，富士胶片还展示了正在开发的柔性CIGS型太阳能电池模块。基板采用以阳极氧化法在铝箔上形成Al[/backcolor][sub]2[/sub][backcolor=#ffffff]O[/backcolor][sub]3[/sub][backcolor=#ffffff]层，从而兼具金属箔耐热性和树脂膜绝缘特性的材料。受光面采用提高了气体阻隔性的薄膜。气体阻隔膜如果只采用防止气体透过的无机材料，在弯曲时会产生裂纹，因此采用与有机材料的积层构造。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       目前，面积为69.6cm[/backcolor][sup]2[/sup][backcolor=#ffffff]的模块实现了15.9％的转换效率。不过展示的30cm见方模块的转换效率较低，因此，为了在扩大尺寸时也能将转换效率的降低控制在最小限度，还在继续进行开发。 [/backcolor]

降低温度提高生产效率[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
[backcolor=#ffffff]
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[backcolor=#ffffff]为降低现有结晶硅型太阳能电池的成本，日立化成开发出了可进行氮化硅（SiN）蚀刻的浆料。只要利用丝网印刷工艺使该浆料成形，便可只去除浆料下面的SiN（图5）。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图5：利用丝网印刷去除SiN
日立化成开发出了可进行SiN蚀刻的浆料。利用丝网印刷浆料后，加热并清洗可去除SiN。计划用于太阳能电池和MEMS的制造工序等。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]       在结晶硅型太阳能电池的制造工序中，通常要在硅晶圆的受光侧用SiN形成防反射膜。而且在该防反射膜上形成Ag电极后，还要进行“Fire Through”加工，即在数百℃下加热，使Ag电极与硅电池单元接触。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       使用此次浆料的话，无需Fire Through这一高温工艺即可实现Ag电极与硅电池单元的接触。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       在蚀刻工序中，首先利用丝网印刷工艺在想蚀刻的部位印刷浆料。然后在170℃下加热5分钟，这时浆料就会产生去除SiN的“蚀刻剂”，对浆料下面的SiN进行蚀刻。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       蚀刻后只要用水清洗，即可去除浆料及其下面的SiN部分，获得硅晶圆。最后，再在去除了SiN的部分形成Ag电极，这样便可实现Ag电极和硅电池单元的接触。 [/backcolor]

利用太阳能电池的背面发电[backcolor=#ffffff] [/backcolor]
[backcolor=#ffffff]
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[backcolor=#ffffff]     太阳能电池模块受阳光照射后温度会升高。因此，富士胶片开发出了利用该热能发电的热电转换模块用新材料。除了设置在太阳能电池模块背面的用途外，粘贴在身体上用作健康监测装置电源的应用也备受期待。 [/backcolor]

[backcolor=#ffffff]       富士胶片开发的是采用有机高分子材料的热电转换材料（图6）。该公司称，该材料是有机材料中“热电转换效率最高的”。在此之前，产综研2012年8月发布的、使用有机导电性高分子PEDOTSS的材料曾被认为拥有世界最高性能。该材料的热电转换元件的优值系数（ZT）为0.27。 [/backcolor]

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图6：在太阳能电池背面设置热电转换模块
富士胶片开发出了采用有机高分子材料的热电转换模块（a）。在会场，用手的温度驱动了迷你车（b）。计划设置于太阳能电池模块的背面使用。[/td][/tr][/table]

[backcolor=#ffffff]       而富士胶片此次的元件“实现了ZT超过0.27的性能”。此次展出的热电转换模块“拥有mW级发电能力，有1℃的温度差就能发电”（富士胶片）。该公司并未公布此次开发的有机材料的详细情况，仅表示是与产综研究共同开发的产品。（未完待续，《日经电子》采访组） [/backcolor]
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7楼2013-04-02 08:58:29
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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

太阳系系主任


燃料电池与充电电池篇：从可搬运SOFC到新一代耐热隔膜一应俱全




2013/04/03 00:00

       在电池领域，有很多通过改良材料产生新性能的燃料电池和锂离子充电电池。例如，在东日本大地震以后，作为应急电源的有力候选关注度迅速升高的燃料电池领域，产综研展示了采用可搬运固体氧化物型燃料电池（SOFC）的5～36V直流应急电源系统（图7）。

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图7：可搬运的SOFC
产业技术综合研究所开发出了可搬运的SOFC系统。能利用LPG气瓶驱动（a）。采用了圆筒型电池单元（b）[/td][/tr][/table]

       发电单元利用产综研以前就在开发的圆筒型单元，为了能直接使用液化石油气（LPG），在燃料极的内壁表面设置了以纳米级别粒子化的铈（Ce）。这样就能防止LPG的主要成分——丁烷造成燃料极劣化，无需设置采用贵金属催化剂的外部改质器。

       该系统可通过LPG燃烧器快速起动，温度能在2分钟内达到400℃。“虽然有很多客户表示想要这款商品，但制造的时机还不成熟。相对于单元的问题，更需要提高各连接部等的耐久性”（产综研）。

       在燃料电池领域，日本物质及材料研究机构（NIMS）还展示了预防金属催化剂的凝聚问题，提高催化剂工作效率的技术。利用了在树枝状聚合物（Dendrimer）*内选择性导入粒径一定的金属催化剂的效果。比如，将凝聚的金属纳米粒子Pt[sub]3[/sub]Ti粒子的催化剂溶解到树枝状聚合物“G5OH”水溶液中。这样一来，粒径1～1.7nm的Pt[sub]3[/sub]Ti就会被导入G5OH分子内部，能够固定在直接碳载体的表面。

*树枝状聚合物＝具备树枝状构造的球状分子的总称，树枝状构造以由数个原子构成的称为“中心核”的直链型分子团为起点，以氨基等为分枝点重复分枝构筑而成。拥有在称为“通孔”的中空空间容纳离子和分子的能力，因此在集中供给药剂分子的“药物传输（Drug Delivery）”技术方面的应用备受期待。

       在催化剂反应之一——氧还原反应中已经确认，与凝聚的金属催化剂相比可发挥15倍的活性。“虽然树枝状聚合物的价格比Pt高，但已经确认这种有机分子可作为包接材料使用。以此为契机，应该能开发出低价格的包接材料”（NIMS）。

瞄准硫磺聚合物的商业化



在锂离子充电电池领域展出了计划用于新一代产品的正极材料、隔膜和固体电解质等（图8）。其中，Polythione公司提出了采用硫磺聚合物作为正极材料的锂聚合物电池方案。该公司已经开发出了合成和制造技术，可利用现有生产线制造。该方案曾被新能源产业技术综合开发机构（NEDO）采纳，在NEDO的展区进行了实用化商业配对展示。

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图8：还有很多关于锂离子充电电池的展示
Polythione公司展示了使硫磺形成聚合物的硫磺电池（a）。帝人参考展示了耐热性出色、电解液易于注入的隔膜（b）。OHARA公开了厚度仅0.05mm的锂离子导电玻璃陶瓷（c）。[/td][/tr][/table]

       硫磺材料作为能量密度高的正极材料候补备受关注，但也存在硫磺会溶解到电解液中、不具备导电性，以及难以在空气中处理等问题。Polythione通过组合二硫键和π电子系有机材料，作为可进行多电子反应的有机材料解决了这些问题。利用由45％重量的聚合物构成的正极材料试制的纽扣型电池实现了约260mAh/g的放电容量。Polythione称“在研究室的试制中确认了约500mAh/g的放电容量”。

       帝人展示了虽为耐热隔膜但提高了电解液渗透性的开发品。该产品采用聚酰亚胺无纺布，纤维状聚酰亚胺的直径只有约几百纳米，因此空孔率高达71％，电解液的渗透性十分出色。

       此外，OHARA公司展示了具备锂离子导电性的玻璃陶瓷，厚度只有0.05mm。可作为锂空气电池和全固体电池用固体电解质使用。（未完待续，《日经电子》采访组）

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8楼2013-04-03 07:57:47
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yexuqing

木虫之王 (文学泰斗)

太阳系系主任


【纳米新技术】LSI篇：利用分子的自组织现象以低成本方法实现微细化




2013/04/04 00:00

       在LSI相关的展示中，不使用高价曝光装置即可推进微细化的技术引人关注。例如东芝介绍了把利用高分子自组织现象形成微细图案的DSA（Directed Self-Assembly）技术用于接触孔的实例（图10）。

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图10：DSA技术的制造流程
东芝展示了利用高分子自组织现象形成微细图案的DSA技术。（图片拍摄于东芝的展板）[/td][/tr][/table]

       通过在直径70nm左右的接触孔（引导模型）上涂布特殊高分子并实施加热处理，成功地在整面300mm晶圆上将接触孔直径缩小到了25nm。利用高分子之间相互凝聚的性质，因此具备缩小后的接触孔尺寸偏差小、形状接近圆形的特点。东芝目前正在推进该技术的开发，争取2016年前后应用于NAND闪存等。

面向2.5维的新技术亮相

       不依赖微细化即可实现系统高集成化的2.5维及三维安装技术方面也有新的要素技术亮相。富士胶片展出的可大量形成直径60nm的微细通孔的2.5维及三维封装用转接板技术就是代表（图11）。

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图11：将阳极氧化后的铝板用于转接板
富士胶片展出了采用阳极氧化铝板的2.5维及三维封装用转接板技术。（图片拍摄于富士胶片的展板）[/td][/tr][/table]

       作为2.5维及三维封装用转接板，此前有采用TSV（硅通孔）的硅转接板以及可形成TGV（玻璃通孔）的玻璃转接板。此次富士胶片的转接板的特点是通孔直径约为60nm，可缩小至TSV和TGV的1/100左右。通过使厚度为80μm的铝基板实现阳极氧化，像蜂窝一样形成大量在厚度方向贯通的、直径约为60nm的通孔，然后采用镀铜等工艺将铜嵌入其内部制造。（未完待续，《日经电子》采访组）




【纳米新技术】功率半导体篇：导热率超过铜的材料及大口径SiC基板等亮相




2013/04/05 00:00


       “nano tech 2013”展会还大量展示了作为产品节能王牌而受到关注的功率半导体元件（以下称功率元件）用新部材。比如具备高导热率的散热材料、制造采用SiC和GaN的功率元件不可或缺的基板材料（图9）。

[table=430,#ffffff,,0][tr][td][/td][/tr][tr][td]图9：展示功率元件用部材
TASC展示了导热率高达450～850W/mK的散热基板（a）。电装等展示了口径达到6英寸的SiC基板（b）。大阪大学等介绍了聚集以“钠溶剂法”制作的小型GaN结晶形成基板的制造技术（c）。[/td][/tr][/table]

       散热材料方面，技术研究联盟单层CNT融合新材料研究开发机构（TASC）展出了导热率为450～850W/mK的新材料。据介绍，该材料的导热率最大约为铝的4倍、铜的2倍。在会场上，TASC展示了采用该材料的散热板试制品。例如，用于燃料电池系统用IGBT和电动摩托车用DC-DC转换器的散热板。

       此次展示的散热材料合成了碳纳米管（CNT）和铝。TASC没有公开详细的制作方法，只表示在将铝加热到熔点以下的状态下，使CNT进行了固相扩散。据称现阶段可制作直径350mm的复合材料。

       TASC利用“超速成长法”和“eDIPS法”形成了CNT。利用超速成长法可获得具有高配向性的单层长CNT，适合大量生产。而eDIPS法适合制作结晶性、品质及纯度高的CNT。

高品质6英寸SiC基板

       SiC基板方面，电装、丰田中央研究所和昭和电工展出了技术研究联盟——新一代功率电子研究开发机构（FUPET）正在开发的6英寸（150mm）口径试制品。该基板的最大特点是位错密度仅为数千个/cm[sup]2[/sup]。利用以“RAF生长法”制作的母材、即籽晶为削减位错密度做出了巨大贡献。三家公司计划2014年度底之前投产6英寸基板。

       GaN基板方面展出了号称“无位错”的试制品。那就是大阪大学与Innovation Center和理光利用“钠溶剂法”制作的2英寸（50mm）口径GaN基板。钠溶剂法在镓和钠的混合溶液中喷入氮气使氮溶解来制作GaN结晶。该方法是液相法的一种，因此可大幅抑制位错等结晶缺陷。但难以制作大口径基板。因此，此次开发出了大量结合用钠溶剂法制作的小型GaN结晶的方法。比此前提案的任何一种方法都更容易制作2英寸的无位错GaN基板。（未完待续，《日经电子》采访组）

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9楼2013-04-05 16:35:13
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guochunliang

新虫 (正式写手)
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Ag-Sn合金是怎么实现的呢？我在Ag电极上涂覆纳米SnO2，电极颜色变黑，正研究机理。
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10楼2013-06-26 15:25:49
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