[發明專利]銅基體上直接生長網狀碳納米管的方法

有效

• 申請號: 201110168334.6
• 申請日: 2011-06-22
• 公開（公告）號: CN102320591A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 劉恩佐;張虎;趙乃勤;師春生;李家俊;康建立
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種銅基體上直接生長網狀碳納米管的方法，屬于碳納米材料的制備技術。

背景技術

碳納米管(carbon?nanotubes，CNTs)自1991年被發現以來，以其獨一無二且具發展潛力的結構特性、電學特性和機械特性而備受矚目。碳納米管的強度約比鋼高100多倍，而比重卻只有鋼的1/6；同時碳納米管還有極高的韌性，十分柔軟，因此它被認為是未來的“超級纖維”，是復合材料中極好的加強材料。

目前，制備碳納米管的方法主要有：電弧放電法(arc?discharge)，激光蒸發法(laser?ablation)和化學氣相沉積法(chemical?vapor?deposition，CVD)等。相比前兩種方法，化學氣相沉積法由于具有成本低、工藝簡單可控等優點，被認為最有工業應用前景的方法之一，同時也是生長特殊排列CNTs的首選工藝。采用CVD法生長CNTs通常是首先在絕緣或半導體基體(如氧化鋁，Si，SiO₂等)上沉積一層金屬催化劑粒子，然后在一定條件下分解碳源生長CNTs，或者采用金屬作為基體，在導電基體與催化劑之間添加Al₂O₃等中間薄層阻斷催化劑與金屬基體的擴散來生長CNFs。然而，對于許多應用，如顯示器、電池電極、芯片互聯和電子封裝等，要求材料具有很高的導電和導熱性能，這就需要CNTs與導電基體(金屬等)進行連接。而且，降低金屬基體與CNTs之間的接觸電阻也是納米電子器件設計面臨的主要挑戰之一。

為連接CNTs和金屬基體，降低接觸電阻，一個最明顯有效的方法就是在金屬基體上直接生長CNTs。在金屬基體上直接生長CNTs，由于金屬基體不同于陶瓷等不導電基體，大部分金屬的活性較高，在高溫下與催化劑容易發生反應，從而影響其活性，制約CNTs的生長，因此控制催化劑與基體的反應，保持催化劑活性是在金屬基體上制備CNTs的關鍵。雖然，Parthangal等在Ag、W、Cu等多種金屬和合金基底上直接生長出了CNTs，但所采用的復合催化劑中必須含有一定量的Al₂O₃，Al₂O₃對Fe與基體的阻斷作用是生長CNTs的必要條件。如何控制金屬基底與催化劑的反應，在高導電金屬基體上可控生長出CNTs仍然是目前面臨的主要挑戰。

發明內容

本發明目的在于提供一種銅基體上直接生長網狀碳納米管的方法，該方法具有過程簡單，制備的碳納米管具有質量好和純度高等優點。

本發明是通過以下技術方案實現的，一種銅基體上直接生長網狀碳納米管的方法，其特征在于包括以下過程：

1)將銅基體進行拋光后，分別用去離子水、丙酮和乙醇超聲清洗，然后在溫度25-30℃下干燥，并進行氬氣等離子處理0.5-10min；

2)將硝酸鈷加入去離子水中，配制0.005-0.05mol/L硝酸鈷水溶液；

3)將步驟1)處理的銅基體置入步驟2)的溶液中，浸漬20-40秒，經真空干燥箱中在80-100℃下干燥1-4小時，將其放入石英舟中，在石英反應管的恒溫區，在氬氣保護下以升溫速率10℃/min升至溫度200-400℃，恒溫煅燒1-4小時，得到了負載有催化劑的銅基體；

4)將步驟3)所制得的負載有催化劑的銅基體鋪展在石英舟中，將石英舟置于石英反應管恒溫區，在氬氣保護下，以升溫速率10℃/min石英反應管升至溫度700℃-850℃后，以流速為250-300mL/min向石英反應管通入氬氣、氫氣和乙炔氣的混合氣進行催化裂解反應0.2h-1h，其中，氬氣、氫氣和乙炔氣的體積比為(150-300)：(10-100)：(10-100)，然后在氬氣氛圍下將爐溫降至室溫，得到銅基體上生長網狀碳納米管。

本發明具有以下優點：采用電子工業中常用的Cu材為基體，通過控制基體的預處理方式、催化劑的摻雜及生長工藝等，在不添加任何擴散阻斷層的情況下直接在銅基體上生長出了質量好和純度高的網狀碳納米管，而且制備過程和設備簡單，易于實現和推廣。

附圖說明

圖1為采用本發明方法實施例一以Co作為催化劑制得的網狀碳納米管的SEM照片

具體實施方式

實施例一