專利名稱：用于碳納米管合成的緊密接近催化的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及碳納米管合成的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
碳納米管(“CNT”)合成一般地需要高的溫度、催化劑和碳源(例如原料氣)。通常地，在生長室內(nèi)施加催化劑至基底(例如纖維)表面以在其上引發(fā)CNT的生長。為了施加催化劑至基底表面，一般地將基底浸漬或浸泡在含有催化劑化合物的膠體溶液或液體溶液中。但是，在膠粒液體溶液的情況下，浸漬方法可導(dǎo)致不均勻或不良的總體涂層。對于許多液體溶液，為了有效地施加催化劑化合物至基底表面，需要延長浸漬和浸泡時(shí)間。再者， 為了使催化劑化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫拇呋瘎╊w粒，可能需要其它步驟。發(fā)明概述在一些方面，此處公開的實(shí)施方式涉及碳納米管合成的方法和系統(tǒng)。碳納米管合成的方法可包括在生長室內(nèi)提供與含有催化劑的第一板的表面緊密接近(close proximity)的基底；加熱生長室至足以引起催化劑顆粒從第一板轉(zhuǎn)移到基底的溫度；和通過引導(dǎo)原料氣至基底在基底上生長碳納米管。碳納米管合成的系統(tǒng)可包括生長室；配置以加熱生長室的加熱器；含有催化劑的第一板，其中配置第一板以使其安裝在生長室內(nèi)，并且其中第一板的表面面向基底；和配置以與第一板表面緊密接近安裝的基底。附圖簡述

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式促進(jìn)在基底上生長CNT的生長組件的示意圖。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式促進(jìn)在基底上生長CNT的生長組件的示意圖。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式使用圖1的生長組件的CNT生長系統(tǒng)的示意圖。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式使用圖2的生長組件的CNT生長系統(tǒng)的示意圖。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的CNT生長的工藝流程。圖6顯示了使用基于銅板的緊密接近催化方法在E-玻璃織物基底上的CNT生長。詳述本發(fā)明一般地涉及碳納米管合成的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。根據(jù)一些實(shí)施方式，在生長過程中施加催化劑至基底表面，使在基底上生長CNT而不用先在基底上施加催化劑涂層，這與在將基底引入至生長室以進(jìn)行CNT合成之前單獨(dú)施加催化劑涂層至基底的現(xiàn)行方法不同。在這些實(shí)施方式中，該方法涉及形成生長樣品組件，該組件包括夾在由催化過渡金屬形成的兩個(gè)粗糙金屬板之間的基底。維持該基底與板緊密接近(例如密切接觸或表面接合)以促進(jìn)催化劑顆粒由板轉(zhuǎn)移至基底。引入生長樣品組件至惰性環(huán)境并且加熱，提高其中溫度至足以引起催化劑顆粒由板轉(zhuǎn)移至基底的水平。該溫度水平可以是大約500°C至大約1000°C的范圍。引入碳源(例如原料氣)到環(huán)境中(例如以總氣流的大約0至大約 25%的速度進(jìn)行氣相沉積)并且在足以在基底上合成CNT的目標(biāo)溫度下將碳源施加至基底?？筛鶕?jù)生長的CNT的目標(biāo)長度控制這些條件一段停留時(shí)間(例如大約30秒至幾分鐘的范圍)。催化作用和CNT合成過程完成后，在惰性氣氛中冷卻生長樣品組件至第二溫度 (例如小于大約400°C )，然后從該惰性環(huán)境移出。冷卻過程可幫助確保沉積的碳原料不會燒盡(即在外部環(huán)境中不期望的氧化)。所獲得的產(chǎn)物是納米管生長在基底表面上的基底。 以該方式，催化劑施加步驟和CNT生長步驟可結(jié)合為一個(gè)工藝步驟。如本文使用的，術(shù)語“碳納米管”(CNT，復(fù)數(shù)形式CNTs)指許多富勒烯族碳的柱狀同素異形體的任一種，其包括單壁碳納米管(SWNT)、雙壁碳納米管(DWNT)、多壁碳納米管 (MWNT) 0 CNTs可以被富勒烯類結(jié)構(gòu)封端或者是開口的。CNT包括封裝有其它材料的那些 CNT。碳納米管展示出令人印象深刻的物理性能。最強(qiáng)的CNT展示出大約是高碳鋼八十倍的強(qiáng)度、六倍的勁度(即楊氏模量)和六分之一的密度。如本文使用的，術(shù)語“過渡金屬”指在元素周期表d區(qū)內(nèi)的任一元素或元素的合金。術(shù)語“過渡金屬”也包括基本過渡金屬元素的鹽形式如氧化物、碳化物、氮化物等。參照圖1，依照本發(fā)明的實(shí)施方式，生長組件100可包括第一板110和第二板120 以及在其上可合成CNT的基底130。在一些實(shí)施方式中，可將生長組件100配置為僅有一個(gè)板。在一些這種實(shí)施方式中，基底130可大體是2-維表面，在其一側(cè)上進(jìn)行CNT生長?？刹惶幚淼谝话?10的表面115和/或第二板120的表面125，但是，優(yōu)選地粗糙化至預(yù)定水平以促進(jìn)材料轉(zhuǎn)移。砂處理輪或磨輪如氧化鋁砂處理輪可用于粗糙化表面115、125。在示例性的實(shí)施方式中，可粗糙化表面115、125至具有大約2至1000微英寸范圍的粗糙度高度等級。這些和其它粗糙化方法和設(shè)備在本領(lǐng)域內(nèi)是已知的，并且因此為了簡明起見不進(jìn)一步詳細(xì)描述?？膳渲没?30部分地或全部地安裝在第一板110和第二板120之間。基底130 可在粗糙表面115、125之間放置或其它方式處理(例如“夾在二者之間”)以使基底130的表面與粗糙表面115、125密切接觸或表面接合。該實(shí)施方式和其余的例證性實(shí)施方式可用于任意類型的基底。術(shù)語“基底”意圖包括可在其上合成CNT的任何材料，并且可包括但不限于碳纖維、石墨纖維、纖維素纖維、玻璃纖維、金屬纖維(例如鋼、鋁等)、金屬性纖維、陶瓷纖維、金屬-陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維或含有其組合的任意基底?；卓砂ㄅ帕谐衫缋w維絲束(典型地具有大約1000到大約12000根纖維)的纖維或者絲，以及平面基底如織物、帶材或其它纖維寬幅織物(broadgood)以及可在其上合成CNT的材料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，基底130是玻璃纖維。如圖1闡明的，基底130的表面可以大體上是平的并且與粗糙表面115、125密切接觸配置。但是，其它實(shí)施方式可包括具有特形外形(contoured profile)的基底130。在這種情況下，粗糙表面115、125也可以是互補(bǔ)方式的特形以提供與基底130的表面接合。
在一種示例性的實(shí)施方式中，第一板110和第二板120具有大約7英寸的長度和大約5英寸的寬度。在另一實(shí)施方式中，第一板110和第二板120具有大約36英寸的長度和大約36英寸的寬度。板110、120的尺寸可依照基底130的尺寸調(diào)整，這取決于給定應(yīng)用的需要。因此，兩個(gè)板的尺寸沒有限制并且其尺寸可由基底尺寸支配。在其它實(shí)施方式中， 可不依賴于基底尺寸固定該尺寸并且基底可在連續(xù)在線工藝中動態(tài)地移動通過板。在一些實(shí)施方式中，這種系統(tǒng)的寬度可以超過60英寸寬和240英寸長，盡管可根據(jù)基底通過該工藝所需的運(yùn)動速率調(diào)整系統(tǒng)的長度。第一板110和/或第二板120包括催化劑。在示例性的實(shí)施方式中，第一板110和 /或第二板120可以是銅板(即催化劑是銅)。在其它實(shí)施方式中，第一板110和/或第二板120可以由其它催化劑制作，如過渡金屬(例如鐵、鎳、鈷、鉬或其合金)。第一板110和 /或第二板120可由用于制備碳納米管的任意材料制造，包括但不限于任意d區(qū)過渡金屬、 其鹽和其混合物。在一些實(shí)施方式中，第一板Iio和/或第二板120可具有不同組分。例如，在一些實(shí)施方式中，第一板110可由銅制成，而第二板120可由鈷制成。參照圖2，依照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，生長組件200可與生長組件100大體上類似。第一板210和第二板220的任一或二者可具有一個(gè)或多個(gè)開口 235 (例如通孔或氣口)?？赏ㄟ^開口 235或通過氣體多支管或具有一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴或噴射器的擴(kuò)散器引導(dǎo)原料氣至基底130。第一板210和第二板220可另外具有如圖1中第一板110和第二板 120的類似組成和結(jié)構(gòu)。參照圖3，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，CNT生長系統(tǒng)300可包括生長室310。通常生長室310可以是封閉的，其中配置安裝有第一板110和第二板120。CNT生長系統(tǒng)300可包括一個(gè)或多個(gè)加熱器330和控制器350。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，CNT生長系統(tǒng)300 可進(jìn)一步包括磨輪或砂處理輪(未顯示)以粗糙化第一板110和第二板120。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，生長室310是閉合的、間歇操作反應(yīng)器，而在其它實(shí)施方式中生長室是開放的，允許連續(xù)操作。加熱器330可熱連接至第一板110和第二板120。加熱器330可以是配置以加熱生長室310的電阻加熱器、感應(yīng)加熱器或任意其它裝置?？刂破?50可適合獨(dú)立地感測、監(jiān)控、控制包括生長室310和加熱器330內(nèi)的原料氣速度、惰性氣體速度、溫度的一個(gè)或多個(gè)的系統(tǒng)參數(shù)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的， 控制器350可以是接收參數(shù)數(shù)據(jù)和執(zhí)行控制參數(shù)的各種自動化調(diào)節(jié)的集成的、自動化的、 計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)控制器，或者人工控制設(shè)備。在各種實(shí)施方式中，CNT生長系統(tǒng)300可在大氣力下或低于大氣壓的壓力下操作。 在一些實(shí)施方式中，第一板110和第二板120可在基底130在其中間被處理之前粗糙化。隨著基底130在適當(dāng)位置，CNT生長系統(tǒng)300可對外部環(huán)境密封。生長室310可適合在其中包含惰性環(huán)境。在一種示例性的實(shí)施方式中，可通過入口 340引入惰性氣體320至生長室310以創(chuàng)造惰性環(huán)境。惰性氣體320可包括但不限于氬、 氦或氮?？刂破?50可控制惰性氣體320進(jìn)入和離開生長室310的流動。惰性氣體源(未顯示)可通過入口 340與生長室310流體連通。原料氣可通過入口 340給料至生長室310，同樣地通過控制器350控制。入口 340 可附連至第一板Iio和第二板120中的一個(gè)或兩個(gè)并且原料氣可被輸送通過第一板110和/或第二板120以在基底130的區(qū)域上提供更加均勻的分布。在另一實(shí)施方式中，對于惰性氣體和原料氣，生長室310可具有單獨(dú)的入口(未顯示)。如本文使用的，術(shù)語“原料氣”指能夠揮發(fā)、霧化、粉化或以其他方式流態(tài)化并且能夠在高溫(例如大約350°C至大約900°C) 下分解或裂化為至少一些游離碳自由基并在催化劑存在下可在基底上形成CNT的任意碳化合物氣體、固體或液體。在一些實(shí)施方式中，原料氣可包括乙炔、乙烷、乙烯、甲醇、甲烷、 丙烷、苯、天然氣、其它烴氣體或其任何組合。現(xiàn)在參照圖4，在另一實(shí)施方式中，CNT生長系統(tǒng)400可包括生長室310和生長組件200 (參見圖2)，并且可使原料氣通過第一板210和/或第二板220中的開口 235供給至基底130。管410可引導(dǎo)來自入口 340的原料氣至第一板210和第二板220。開口 235可以以提供基本均勻分散的原料氣至基底130的大小和形狀排列?；?30上合成的CNT的分布可通過在第一板210和第二板220中的開口 235的適當(dāng)分布調(diào)整。在一些實(shí)施方式中， 開口 235可具有1/16英寸至大到1/4英寸范圍內(nèi)的直徑、具有相當(dāng)于比孔直徑大20倍的尺寸間距，其中孔以均勻間隔排列布置。在其它實(shí)施方式中，開口 235可由跨過第一板210 和第二板220整個(gè)長度的槽組成。在這種情況下，槽可具有1/16英寸至1/4英寸的寬度和相當(dāng)于比槽寬度尺寸大20倍的尺寸間距，其中槽以線性布置分開。因?yàn)檠鯕饪梢詫NT生長有害，惰性氣體320可從生長室310置換氧氣。當(dāng)氧氣在生長室310內(nèi)存在時(shí)，由原料氣形成的游離碳自由基傾向于與氧反應(yīng)生成二氧化碳和一氧化碳，而不是在基底130上形成CNT。氧氣也可與先形成的CNT不利地反應(yīng)并且劣化它們的結(jié)構(gòu)。生長室310內(nèi)的氧氣也可在高的溫度下不期望地氧化基底130以及第一板110 和第二板120。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，原料氣是乙炔并且惰性氣體是氮?dú)?。在其它?shí)施方式中，原料氣可以是甲烷或乙烯。在一個(gè)實(shí)施方式中，原料氣可以是供給至生長室310 的氣體的總體積流速的大約25%。在另一實(shí)施方式中，原料氣可低至供給至生長室310的氣體的總體積流速的大約0. 5%。碳原料如乙炔的使用可減少對引入氫氣至生長室310的單獨(dú)過程的需要，該單獨(dú)過程可用于還原含氧化物的催化劑。碳原料的離解可提供氫，其可還原催化劑顆粒為純顆?；蛑辽俚娇山邮艿难趸锼健２槐焕碚撓拗?，相信用作催化劑的氧化物的穩(wěn)定性可影響催化劑顆粒的活性。當(dāng)氧化物穩(wěn)定性增加，通常催化劑顆粒變得具有更小活性。還原(例如通過與氫氣接觸)為更不穩(wěn)定的氧化物或純金屬可增加催化劑的活性。例如，如果催化劑含有氧化鐵，由于氧化鐵的穩(wěn)定性，這種氧化鐵顆粒對CNT的合成無益。還原為較不穩(wěn)定的氧化態(tài)或純鐵能夠增加催化劑顆粒的活性。來自乙炔的氫能夠從催化劑顆粒清除氧化物或還原氧化物為較不穩(wěn)定的氧化物形式?，F(xiàn)在參照圖5，依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，闡明了使用緊密接近催化方法在基底 130上生長CNT的方法的工藝流程。在框510，生長室310內(nèi)第一板和第二板(例如110、 120)的至少兩個(gè)相反表面(例如115、125)被粗糙化。在框520，在第一板和第二板(例如110、120)的粗糙表面(例如115、12幻之間放置基底130。基底130可與第一板和第二板的粗糙表面緊密接觸或表面接合。在框530，通過引入惰性氣體可在生長室310內(nèi)創(chuàng)造惰性環(huán)境。在框M0，加熱生長室310內(nèi)的惰性環(huán)境至足以從第一板和第二板(例如110、 120)轉(zhuǎn)移催化劑顆粒至基底130的溫度水平。該溫度水平可以為大約500°C至大約900°C 的范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，一旦達(dá)到生長室310內(nèi)所需溫度水平，維持該溫度在幾秒至大約幾分鐘范圍的“停留期”以促進(jìn)催化劑顆粒從第一板和第二板(例如110、120)轉(zhuǎn)移至基底130。在停留期末，經(jīng)框550，可引入原料氣至生長室310，并且引導(dǎo)至基底130。因此，在該實(shí)施方式中，可施加催化劑顆粒至基底130，接著在其上合成CNT。在另一實(shí)施方式中，一旦生長室310內(nèi)達(dá)到所需溫度水平，就引入原料氣至生長室310并引向基底130。在該實(shí)施方式中，催化劑顆粒可施加至基底130并且可同時(shí)在其上合成CNT。在框560，生長室310的操作條件如溫度和其中的原料氣比例可維持預(yù)定的時(shí)間段。該時(shí)間可為大約30秒至大約幾分鐘的范圍，從而控制在基底130上生長的CNT的長度。 增加CNT的長度通?？赏ㄟ^增加基底130經(jīng)歷生長室條件的時(shí)間獲得。在框570，可在惰性環(huán)境中冷卻第一板和第二板(例如110、120)連同基底130至較低溫度(例如大約400°C 以下)。例如可通過使用與第一板(例如110)、第二板(例如120)和/或基底130熱連接的水或其它液體冷卻系統(tǒng)(未顯示)完成冷卻。冷卻可確保在基底130上合成的CNT、基底130和第一板110和第二板120不會被存在于外部環(huán)境中的氧氣不期望地氧化。所獲得的產(chǎn)物是其上生長CNT的基底130。認(rèn)為CNT在基底130上粗糙表面115、125的特征尖點(diǎn) (feature tips)與基底130接觸或離基底130足夠近以促進(jìn)在其上合成CNT的位置合成。 因此，進(jìn)一步認(rèn)為與基底130接觸的粗糙表面115、125的特征尖點(diǎn)數(shù)量越多，在基底130上合成的CNT數(shù)量就越多。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法潛在優(yōu)勢是，和已知的CNT合成系統(tǒng)和方法不同，基底不需要經(jīng)歷單獨(dú)的催化劑施加步驟。催化劑施加在基底表面上與CNT合成方法結(jié)合并且在生長室內(nèi)執(zhí)行。盡管一些基于二茂鐵的方法不需要單獨(dú)的催化劑施加步驟，但是在這種方法中存在著與氣飄CNT相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和安全顧慮。使用本文所述方法可減輕這種風(fēng)險(xiǎn)和顧慮。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的設(shè)備引起并入碳納米管的基底的產(chǎn)生。如本文使用的，術(shù)語“并入的”意指化學(xué)地或物理地結(jié)合的，而“并入”意指結(jié)合的方法。這種結(jié)合可涉及直接共價(jià)結(jié)合、離子結(jié)合、η-η和/或范德華力-介導(dǎo)的(mediated)物理吸附。例如，在一些實(shí)施方式中，CNT可直接結(jié)合至基底。另外，相信還發(fā)生一定程度的機(jī)械互鎖 (interlocking)。結(jié)合可以是間接的，例如通過隔離涂層和/或置于CNT和基底之間的層間過渡金屬納米顆粒將CNT并入至基底。在本文公開的并入CNT的基底中，碳納米管可如上所述直接或間接地“并入”到基底上。CNT被“并入”至基底的具體方式稱作“結(jié)合基序 (bonding motif)”。用于并入至基底的CNTs包括單壁CNTs、雙壁CNTs、多壁CNTs及其混合物。待使用的精確的CNTs取決于并入CNT的基底的應(yīng)用。CNTs可應(yīng)用于導(dǎo)熱和/或?qū)щ姂?yīng)用，或作為絕緣體。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管是單壁納米管。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管是多壁納米管。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管是單壁和多壁納米管的組合。單壁和多壁納米管的特征性能有一些不同，對于纖維的一些最終用途，該差異決定了一種或其他種類型的納米管的合成。例如，單壁納米管可以是有半導(dǎo)體特性的或金屬性的，而多壁納米管是金屬性的。該預(yù)言實(shí)例顯示了可使用用于原位CNT生長的緊密接近催化方法如何將CNT “并入” E-玻璃織物材料。圖3描述了依照本發(fā)明的例證性實(shí)施方式使用緊密接近催化制造CNT-并入纖維的系統(tǒng)300。CNT生長系統(tǒng)300可包括封閉的生長室310、容納惰性氣體的腔320、第一粗糙銅板110和第二粗糙銅板120、如所示配置的兩個(gè)加熱器330、氣體入口 340、磨輪或砂處理輪以及橫動元件(未顯示)、E-玻璃織物基底130和控制器350。尺寸為60”X60”的E-玻璃織物基底130可由編織為簡單編制織物的10000根絲 E-玻璃絲束組成。E-玻璃織物基底130可放置在封閉的生長室310內(nèi)。在封閉的生長室 310內(nèi)，E-玻璃織物基底130可放置在第一粗糙銅板110和第二粗糙銅板120之間，如圖3 顯示的。第一粗糙銅板110和第二粗糙銅板120可由兩個(gè)銅板組成，其為1/4英寸厚并且暴露于放置的E-玻璃織物基底130的其表面通過磨輪和橫動元件(未顯示)粗糙化至粗糙度高度等級125。隨著E-玻璃織物基底130在適當(dāng)位置，可使第一粗糙銅板110和第二粗糙銅板120每一個(gè)與E-玻璃織物基底130緊密接觸。氣體入口 340可以以60升/分鐘提供惰性氮?dú)?99. 999%純度)以使容納惰性氣體的腔320充滿惰性氣氛。加熱器330，其可如顯示的配置，如通過控制器350控制的，可加熱生長室310至 685 °C的溫度，其是緊密接近催化和CNT生長需要的溫度。當(dāng)達(dá)到生長溫度時(shí)，氣體入口 340可提供60升/分鐘氮?dú)饬髦?%乙炔氣的混合物?？蓱?yīng)用這些流動條件10分鐘同時(shí)維持685°C的生長溫度。在完成生長后，氣體入口 340可停止流動乙炔氣同時(shí)維持氮?dú)饬鳌ｊP(guān)掉加熱器330 并且可冷卻溫度至400°C以下。當(dāng)達(dá)到400°C溫度時(shí)，可升高第一粗糙銅板110和第二粗糙銅板120，遠(yuǎn)離E-玻璃織物基底130。可打開CNT生長室310并且移出E-玻璃織物基底 130。所獲得的并入CNT的E-玻璃織物基底含有可以是10-50微米長、直徑在15-50nm 之間直徑的CNT。圖6中顯示了所獲得的CNT生長。這種并入CNT的E-玻璃織物材料將對需要改善電和熱性能的應(yīng)用有利。應(yīng)理解，上述實(shí)施方式僅是本發(fā)明的說明且本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到上述實(shí)施方式的許多變化而不脫離本發(fā)明范圍。例如，在本說明書中，為了提供本發(fā)明例證性實(shí)施方式的完整描述和理解，提供了許多具體細(xì)節(jié)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，不用這些細(xì)節(jié)的一種或多種或用其他方法、材料、組分等可實(shí)踐本發(fā)明。再者，在一些情況中，沒有詳細(xì)顯示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆例證性實(shí)施方式的方面。應(yīng)理解在圖中顯示的各種實(shí)施方式是例證性的并且不需要按比例繪制。整篇說明書中提及“一種實(shí)施方式”或“一個(gè)實(shí)施方式”或“一些實(shí)施方式”意味著， 結(jié)合實(shí)施方式(一個(gè)或多個(gè))所述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式中，但不必在所有實(shí)施方式中。因此在整篇說明書中各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一種實(shí)施方式中”、“在一個(gè)實(shí)施方式中”或“在一些實(shí)施方式中”不必都指同樣的實(shí)施方式。再者，可在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中以任何適合方式結(jié)合所述具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性。因此此類變化意圖包括在所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管合成方法，包括在生長室內(nèi)提供與含有催化劑的第一板的表面緊密接近的基底；加熱所述生長室至足以引起催化劑顆粒從所述第一板轉(zhuǎn)移到所述基底的溫度；和通過弓I導(dǎo)原料氣至所述基底在所述基底上生長碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括第二板；其中在所述第一板和所述第二板之間放置所述基底。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第二板包括催化劑。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在加熱前所述板被粗糙化。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，包括在加熱前粗糙化所述板。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在加熱前確保所述生長室包含惰性環(huán)境。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述催化劑包括過渡金屬。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述金屬包括銅。
9.一種碳納米管合成系統(tǒng)，包括 生長室；配置以加熱所述生長室的加熱器；包括催化劑的第一板，其中所述第一板被配置為安裝在所述生長室內(nèi)，并且其中所述第一板的表面面向基底；和基底，其被配置為緊密接近所述第一板的表面安裝。
10.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括第二板，其中所述第二板被配置為安裝在所述生長室內(nèi)，其中所述第一板的表面面向所述第二板的表面，并且其中所述基底被配置為安裝在所述第一板和第二板之間，并且與所述第二板的表面緊密接近。
11.權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二板包括催化劑。
12.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述生長室被配置為接收惰性氣體。
13.權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，包括與所述生長室連通的惰性氣體源。
14.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述生長室被配置為接收原料氣。
15.權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述原料氣包括乙炔。
16.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述催化劑包括過渡金屬。
17.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述板的表面被粗糙化。
18.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述緊密接近包括表面接合。
19.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述催化劑包括銅。
20.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述催化劑選自鐵、鎳、鈷、鉬、及其合金。
全文摘要
一種碳納米管合成方法，可以包括在生長室內(nèi)提供與具有催化劑的第一板的表面緊密接近的基底。該方法也可包括加熱生長室至足以引起催化劑顆粒從第一板轉(zhuǎn)移到基底的溫度。該方法還可包括通過引導(dǎo)原料氣至基底在基底上生長碳納米管。
文檔編號C01B31/02GK102421704SQ201080019000
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者H·C·馬里基, T·K·沙 申請人:應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)方案公司