[發(fā)明專利]碳納米管陣列的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610157768.5
• 申請日: 2006-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN101209833A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳卓;羅春香;姜開利;范守善
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;B82B3/00;C03C17/22;C08J7/04;C23C16/26
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列的制備方法，尤其涉及采用激光輔助化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管陣列的方法。

背景技術(shù)

碳納米管是九十年代初才發(fā)現(xiàn)的一種新型一維納米材料。碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)決定了其具有特殊的性質(zhì)，如高抗張強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性；隨著碳納米管螺旋方式的變化，碳納米管可呈現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性等。由于碳納米管具有理想的一維結(jié)構(gòu)以及在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等領(lǐng)域優(yōu)良的性質(zhì)，其在材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域已展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，在科學(xué)研究以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上也受到越來越多的關(guān)注。

目前比較成熟的制備碳納米管的方法主要包括電弧放電法(Arcdischarge)、激光燒蝕法(Laser?Ablation)及化學(xué)氣相沉積法(Chemical?VaporDeposition)。其中，化學(xué)氣相沉積法和前兩種方法相比具有產(chǎn)量高、可控性強(qiáng)、與現(xiàn)行的集成電路工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)，便于工業(yè)上進(jìn)行大規(guī)模合成，因此近幾年備受關(guān)注。

用于制備碳納米管的化學(xué)氣相沉積法一般包括傳統(tǒng)熱化學(xué)氣相沉積法(Thermal?Chemical?Vapor?Deposition，CVD)、等離子化學(xué)氣相沉積法(PlasmaChemical?Vapor?Deposition，PCVD)和激光輔助化學(xué)氣相沉積法(Laser-Induced?Chemical?Vapor?Deposition，LICVD)。

現(xiàn)有的激光輔助化學(xué)氣相沉積法一般以激光為快速加熱熱源，利用激光束直接照射在生長所需的基底上使其溫度升高，達(dá)到生長所需的溫度。當(dāng)含碳反應(yīng)氣體流經(jīng)高溫基底表面時(shí)，受基底影響升溫，通過與基底上的催化劑作用，反應(yīng)氣體產(chǎn)生熱解或化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管的生長。

現(xiàn)有的激光輔助化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管通常采用固體激光器或氣體激光器。其中，固體激光器包括如摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器或氬離子激光器等；氣體激光器包括二氧化碳激光器等。上述激光器的光束質(zhì)量都很好，但是，上述激光器多是單?；蚨嗄５?，且上述激光器一般體積都很大，且對(duì)環(huán)境要求很高。進(jìn)一步地，上述激光器一般還需要有對(duì)應(yīng)的水冷系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)、價(jià)格昂貴的電源以及很好的防震系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)。以上缺點(diǎn)都將不同程度地限制應(yīng)用上述激光器的激光輔助化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管。另外，現(xiàn)有的使用固體和氣體激光器的激光輔助化學(xué)氣相沉積法一般需要在一密封的反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行，并使得反應(yīng)氣體充滿整個(gè)反應(yīng)空間，其設(shè)備較為復(fù)雜，且難以制作大型的反應(yīng)爐用于在大面積玻璃基板上通過化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管。

相對(duì)于上述固體和氣體激光器，現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。具體地，現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器一般不需要水冷系統(tǒng)，普通的散熱片就可以實(shí)現(xiàn)散熱，且不需要溫度控制，設(shè)備簡單，使用方便。另外，現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器只需普通恒流電源，也不需要很好的防震系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有的激光輔助化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管沒有采用半導(dǎo)體激光器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的激光輔助化學(xué)氣相沉積生長碳納米管陣列的方法。

一種碳納米管陣列的制備方法，其包括以下步驟：提供一基底；在上述基底一表面形成一催化劑層；通入碳源氣與載氣的混合氣體流經(jīng)上述催化劑層表面；以及提供一半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)發(fā)出激光束聚焦照射在上述基底上從而生長碳納米管陣列。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例碳納米管陣列的制備方法采用半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光束照射生長碳納米管陣列，利用半導(dǎo)體激光器尺寸小，耦合效率高，響應(yīng)速度快，波長和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調(diào)制，相干性好等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明實(shí)施例碳納米管陣列的制備方法具有成本低，可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。另外，由于半導(dǎo)體激光器比氣體激光器的波長更短，且半導(dǎo)體激光器的激光束成方波分布，更有利于基底和催化劑的快速加熱。且，由于采用含碳催化劑層或光吸收層，本發(fā)明實(shí)施例碳納米管陣列的制備方法無需在一密封的反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行，因此簡單可控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例碳納米管陣列的制造方法的流程示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例碳納米管陣列的制備方法所用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例采用含碳催化劑層獲得的碳納米管陣列的掃描電鏡照片。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例采用光吸收層獲得的碳納米管陣列的掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例碳納米管陣列的制備方法主要包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一：提供一基底。