專利名稱：碳納米管陣列及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列及其制備方法，尤其涉及一種摻有同位素的碳納米管陣列及其制備方法。
背景技術(shù)：
同位素標示方法是研究材料生長機理的有力工具，因此，同位素標記的納米材料可以研究該納米材料的生長機理，該同位素標記的納米材料利用在納米材料的合成過程中，將含有某一特定元素(一般是輕元素，如碳、硼、氮或氧)的同位素的反應物按照預定的濃度(以純物質(zhì)或混合物的形式)和順序使其參與反應，從而制備出原位生長的該同位素標示的納米材料。范守善等人于2006年4月18日公告的，公告號為US 7,029, 751 B2，標題為 "Isotope-doped carbon nanotube and method and apparatus for forming the same”白勺專利揭示了一種摻有同位素的碳納米管陣列及其制備方法。該摻有同位素的碳納米管陣列包括由單一同位素組成的第一碳納米管片段和第二碳納米管片段，該第一碳納米管片段和第二碳納米管片段沿碳納米管的縱向交替排列。該摻有同位素的碳納米管陣列的制備方法包括如下步驟提供分別由工化和工義組成的乙烯氣體；提供其上形成有催化劑層的基底，并將該基底置入反應室中；將該反應室抽成真空，通入預定壓力的保護性氣體；在65(T750°C 的反應條件下，使由1V組成的乙烯氣體發(fā)生反應并生成第一碳納米管片段；反應預定時間后，將碳源切換至由工義組成的乙烯氣體上，在65(T750°C的反應條件下，使由1V組成的乙烯氣體發(fā)生反應，繼續(xù)生長第二碳納米管片段，從而得到摻有同位素的碳納米管陣列。上述發(fā)明中，所述碳納米管陣列是由摻雜有相同的同位素的單一碳納米管組成的。然而，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有揭示一種具有多個摻雜有不同同位素碳納米管子陣列的碳納米管陣列。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種具有多個摻雜有不同同位素的碳納米管子陣列的碳納米管陣列及其制備方法。一種碳納米管陣列的制備方法，包括提供一形成有催化劑層的基底，并將該形成有催化劑層的基底置入一反應室中；提供至少兩種碳源氣，該至少兩種碳源氣中的碳元素分別由不同種類的單一碳同位素組成；以及將所述至少兩種碳源氣同時通入所述反應室中，控制所述催化劑層的溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度，并使所述至少兩種碳源氣在催化劑層不同區(qū)域發(fā)生反應，分別形成含有不同種類的碳同位素的碳納米管，形成碳納米管陣列?！N利用所述碳納米管陣列的制備方法制備的碳納米管陣列，其中，所述碳納米管陣列由至少兩個碳納米管子陣列組成，所述至少兩個碳納米管子陣列分別由含有不同組合的碳同位素的碳納米管組成。
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與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述碳納米管陣列是一個具有多個碳納米管子陣列的碳納米管陣列，該多個碳納米管子陣列中碳納米管分別摻雜有不同的同位素。所述碳納米管陣列的制備方法通過控制所述催化劑層溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度，使各種碳源氣在催化劑層不同區(qū)域發(fā)生反應，即可獲得多個摻雜有不同同位素的碳納米管子陣列。因此，該制備方法可一次制備出多個摻雜有不同同位素的碳納米管，減少了制備的時間。并且，該方法通過控制催化劑層不同區(qū)域的溫度，可以方便的獲得具有各種圖形的摻有同位素的碳納米管子陣列。


圖1是本發(fā)明第一實施例碳納米管陣列的制備方法的流程圖。圖2是本發(fā)明第一實施例碳納米管陣列的制備裝置的示意圖。圖3是本發(fā)明第一實施例制備的碳納米管陣列的示意圖。圖4是本發(fā)明第二實施例制備的碳納米管陣列的示意圖。圖5是本發(fā)明第三實施例碳納米管陣列的制備裝置的示意圖。圖6是本發(fā)明第四實施例碳納米管陣列的制備方法的流程圖。圖7是本發(fā)明第四實施例碳納米管陣列的制備裝置的示意圖。圖8是本發(fā)明第四實施例制備的碳納米管陣列的示意圖。圖9是本發(fā)明第五實施例碳納米管陣列的制備裝置的示意圖。圖10是本發(fā)明第五實施例制備的碳納米管陣列的示意圖。主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種碳納米管陣列的制備方法，包括以下步驟提供一形成有催化劑層的基底，并將該形成有催化劑層的基底置入一反應室中；提供至少兩種碳源氣，該至少兩種碳源氣中的碳元素分別由不同種類的單一碳同位素組成；以及將所述至少兩種碳源氣同時通入所述反應室中，控制所述催化劑層的溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度，并使所述至少兩種碳源氣在催化劑層不同區(qū)域發(fā)生反應，分別形成含有不同種類的碳同位素的碳納米管，形成碳納米管陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，該催化劑層的材料選自鈷、鎳、鐵及其任意組合的合金。
3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，該至少兩種碳源氣選自甲烷、乙烯及乙炔。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，提供至少兩種碳源氣之后，進一步包括將所述反應室抽真空，并通入預定壓力的保護氣體。
5.如權(quán)利要求4所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，該保護氣體選自氦氣、 氬氣及氮氣。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，控制所述催化劑層的溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度，并使所述至少兩種碳源氣在催化劑層不同區(qū)域發(fā)生反應的步驟為控制催化劑層的整個區(qū)域使其達到一預定溫度，使所述至少兩種碳源氣中的一種碳源氣發(fā)生反應；同時額外控制所述催化劑層的至少一個區(qū)域使其達到不同的預定溫度，并使所述至少兩種碳源氣中的多種碳源氣在所述催化劑層的至少一個區(qū)域發(fā)生反應；反應預定時間后，分別形成含有不同種類的碳同位素的碳納米管。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，控制所述催化劑層的溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度，并使所述至少兩種碳源氣在催化劑層不同區(qū)域發(fā)生反應的步驟為分別獨立控制催化劑層的至少兩個區(qū)域的溫度，使該催化劑層的至少兩個區(qū)域分別達到不同的反應溫度，并使至少兩種碳源氣在所述催化劑層的至少兩個區(qū)域分別發(fā)生反應；反應預定時間后，分別形成含有不同種類的碳同位素的碳納米管。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，控制所述催化劑層的溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度的方法為通過至少一激光加熱裝置照射所述催化劑層的不同區(qū)域，使該催化劑層的不同區(qū)域分別達到不同的溫度。
9.一種利用權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列的制備方法制備的碳納米管陣列，其特征在于，所述碳納米管陣列由至少兩個碳納米管子陣列組成，其中，所述至少兩個碳納米管子陣列分別由含有不同組合的碳同位素的碳納米管組成。
10.如權(quán)利要求9所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述碳納米管中的碳同位素包括 12c、13c、14c或其任意兩種以上組合組成。
11.如權(quán)利要求9所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述至少兩個碳納米管子陣列中的碳納米管分別含有不同種類的單一碳同位素或不同種類的碳同位素的組合。
12.如權(quán)利要求9所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述至少兩個碳納米管子陣列的形狀為方形、圓形、橢圓形或矩形。
13.如權(quán)利要求9所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述至少兩個碳納米管子陣列以并排的方式或一個碳納米管子陣列包圍另一碳納米管子陣列的方式組成所述碳納米管陣列。
14.如權(quán)利要求9所述的碳納米管陣列，其特征在于，每一碳納米管子陣列中的碳納米管由含有單一種類碳同位素或者含有不同種類碳同位素組合的單一的碳納米管片段組成。
15.如權(quán)利要求9所述的碳納米管陣列，其特征在于，每一碳納米管子陣列中的碳納米管由分別含有不同種類單一碳同位素或者含有不同種類碳同位素的不同組合的多個碳納米管片段組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列的制備方法，包括提供一形成有催化劑層的基底，將該形成有催化劑層的基底置入一反應室中；提供至少兩種碳源氣，該至少兩種碳源氣中的碳元素分別由不同種類的單一碳同位素組成；以及將所述至少兩種碳源氣同時通入所述反應室中，控制所述催化劑層的溫度使該催化劑層不同區(qū)域分別達到不同的反應溫度，并使所述至少兩種碳源氣在催化劑層不同區(qū)域發(fā)生反應。本發(fā)明還涉及一種由所述碳納米管陣列的制備方法制備的碳納米管陣列。
文檔編號C01B31/02GK102417171SQ201110093268
公開日2012年4月18日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者劉亮, 姜開利, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司