[發明專利]多層碳納米管薄膜

無效

• 申請號: 00807016.4
• 申請日: 2000-04-14
• 公開（公告）號: CN1349478A
• 公開（公告）日: 2002-05-15
• 發明（設計）人: 戴黎明;黃少銘
• 申請（專利權）人: 聯邦科學和工業研究組織
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;D01F9/12;D01F9/127
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 龍傳紅

本發明涉及多層碳納米管材料，每一層中的納米管有可控的厚度、直徑和堆積密度，以及涉及其制備方法。本發明還涉及包含一層或多層碳納米管的異質結構的多層碳納米管材料，以及涉及其制備方法。本發明還涉及由這樣的材料制造的在許多領域中實際應用的設備結構，包括電子場發射體、人造激勵器、化學傳感器、氣體貯存、分子過濾膜、貯能材料、分子晶體管和其他光電設備。

碳納米管的直徑通常為約數十埃，其長度高達數微米。這些細長的納米管由按同心方式排列的碳六角體組成，管的兩端通常被含有七角體的類fullerene結構物覆蓋。它們可起半導體和金屬的作用，它與直徑和管壁中石墨環排列的螺旋性有關；不同的碳納米管可連接在一起，生成具有有興趣的電學、磁學、非線性光學、熱學和機械學性質的分子細絲。這些獨特的性質使碳納米管在材料科學和納米技術中有各種各樣潛在的應用。的確，已提出碳納米管在平面顯示器中用作電子場發射體，用作單分子晶體管、掃描探針顯微鏡頭、氣體貯存和電化學能貯存、催化劑和蛋白質/DNA載體、分子過濾膜和吸能材料等新材料(例如參見M.Dresselhaus等，物理世界，一月號，33，1998；P.M.Ajayan和T.W.Ebbesen，Rep.Prog.Phys.(物理進展報告)，60，1027，1997；R.Dagani，化學與工程新聞，1月11日，31，1999)。

對于上述大多數應用來說，十分希望制備排列好的碳納米管，以致單個納米管的性質可以很容易評價，以及它們可以有效地結合到設備中。用大多數通用的技術合成的碳納米管(例如電弧放電和催化熱解)常常存在隨意纏結的狀態(例如參見：T.W.Ebbesen和P.M.Ajayan，自然，358，220，1992；M.Endo等，物理化學固體雜志，54，1841，1994；V.Ivanov等，化學物理通訊，223，329，1994)。但是，最近已用合成操作法(例如參見：M.Endo等，物理化學固體雜志，54，1841，1994；V.Ivanov等，化學物理通訊，223，329，1994；H.Takikawa等，日本應用物理雜志，37，L187，1998)或用誘發合成的排列法(例如參見：W.Z.Li，科學，274，1071，1996；Che，G，自然，393，346，1998；Z.G.Ren等，科學，282，1105，1998；C.N.Rao等，化學學會雜志，化學通訊，1525，1998)來制備排列好的碳納米管。

由排列好的碳納米管產生的多層結構物具有很重要的意義，因為多層半導體材料和設備的應用對于許多應用來說是十分希望的。例子包括分子束外延用于制備由砷化鎵和砷化鋁交替層組成的超點陣結構物作為異質結構的半導體材料(M.A.Herman和H.Sitter，“束外延；基礎和現狀”，Springer-Verlag，柏林，1989)、Langmuir-Blodgett和化學蒸汽沉積技術用于有機場發射晶體管的制作(M.F.Rubner和T.A.Skotheim，“共軛聚合物”，J.L.Bredas和R.Silbey(編輯)，Kluwer科學出版社，多德雷赫特，1991；G.Horowitz，材料進展，10，365，1998)和層與層吸附和溶液噴淋法用于制備用作有機光發射二極管的多層薄膜(S.A.Jenekhe和K.J.Wynne，“光聚合物和光電聚合物”，美國化學學會討論會系列，672，美國化學學會，華盛頓，1995；L.Dai，J.Macromole.Sci.，Rev.Macromole.Chem.Phys.1999，39(2)，273-387)。多層材料和/或設備的整個性質不僅與每一層中的組成材料的固有特性，而且也與具體層的疊排順序、界面和表面結構物有密切關系，因此與設計和控制它們的行為的新加的額外參數有密切關系。現已發現，大面積上垂直排列的碳納米管的多層結構物可用順序合成法或用轉移無基質納米管薄膜法來制備。

根據第一個方面，本發明提供一種制備無基質的排列好的納米管薄膜的方法，該法包括：(a)在適合納米管生成的催化劑存在下，通過含碳材料的熱解在???石英玻璃基質上合成一層排列好的碳納米管；以及(b)在納米管/基質界面處刻蝕石英玻璃基質，以便從基質上剝???離所述的排列好的納米管層。

通過刻蝕石英玻璃基質分離排列好的納米管層能生成沉積在另外的基質例如電極上和/或在多層材料中作為一層的納米管薄膜，在轉移的薄膜中很大程度保持了排列好的納米管的完整性。