專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列及對(duì)其手性結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列及對(duì)其手性結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征的方法。
背景技術(shù)：
單壁碳納米管根據(jù)單層石墨卷曲矢量的不同具有多樣的手性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而表現(xiàn)出各異的物化性能。如何便捷精確地測(cè)定單壁碳納米管的手性結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重制約著其在納電子學(xué)等諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值。目前，表征單根單壁碳納米管手性結(jié)構(gòu)的常用方法有:超高真空掃描隧道顯微鏡(UHV-STM)，高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)，共聚焦顯微共振拉曼光譜等。然而，這些方法受限于儀器成本高，操作條件嚴(yán)苛以及制樣工序復(fù)雜等因素。因此，發(fā)明一種快捷簡(jiǎn)便和低成本的表征單壁碳納米管手性結(jié)構(gòu)的方法，對(duì)于碳納米管的基礎(chǔ)研究和規(guī)?；瘧?yīng)用至關(guān)重要
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列及其表征方法。本發(fā)明所提供的以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列是按照包括下述步驟的方法制備得到的:I)制備表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底；2)將具有用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑的基底與步驟I)中表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底一并緊鄰置于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，利用氣流定向法在所述石墨基底上生長(zhǎng)單壁碳納米管，得到石墨基底表面具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列。其中，步驟I)中所述規(guī)則刻痕主要為沿zigzag方向的刻痕。此處刻痕的設(shè)計(jì)與制備的單壁碳納米管的手性選擇性定向無(wú)關(guān)，其僅在表征碳納米管時(shí)起到基準(zhǔn)或內(nèi)標(biāo)的作用。步驟I)中制備表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底的具體方法如下:利用Scotch Tape機(jī)械剝離法在具有氧化層的硅基底表面制備不同層數(shù)的石墨，然后在所述石墨表面制備用于刻蝕石墨的催化劑，最后在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中對(duì)石墨樣品進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，得到具有規(guī)則刻痕的石墨基底。所述具有氧化層的硅基底中氧化層的厚度可為IOO-1OOOnmJn 300nm。上述利用Scotch Tape機(jī)械剝離法制備石墨的原料可為Kish-石墨或高定向裂解石墨，優(yōu)選Kish-石墨。所述用于刻蝕石墨的催化劑可為Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ru, Rh和Pd等金屬納米顆粒，也可為SiO2無(wú)機(jī)納米粒子,優(yōu)選Fe, Co或Ni納米顆粒。在石墨表面制備上述催化劑的方法可為旋涂法、電子束蒸鍍鍍膜法或熱蒸鍍鍍膜法，優(yōu)選旋涂法。采用旋涂法時(shí)，是將上述金屬的鹽溶液旋涂于石墨表面，通過(guò)高溫還原反應(yīng)，得到相應(yīng)的金屬納米顆粒。如當(dāng)制備Fe納米顆粒催化劑時(shí),可將濃度為0.01-0.5mmol/L的FeCl3/EtOH溶液旋涂于石墨表面，轉(zhuǎn)速可為1000-5000rpm。上述制備具有特定刻痕石墨基底的過(guò)程中，進(jìn)行刻蝕反應(yīng)的氣氛為Ar和H2還原氣氛，反應(yīng)溫度為600°C -1000°C，優(yōu)選700°C ;反應(yīng)時(shí)間為15_60min ；Ar的氣體流量為50-500sccm，優(yōu)選300sccm，H2的氣體流量為50_500sccm，優(yōu)選300sccm，Ar與H2的氣體流量比為1: 0.5-1: 5，優(yōu)選為1:1。步驟2)中用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑可為Fe，Co，Ni ,Cu，Mo，W，Ru，Rh和Pd等金屬納米顆粒，也可為納米金剛石和SiO2無(wú)機(jī)納米粒子,優(yōu)選Fe, Co或Ni納米顆粒。步驟2)中所述基底可為Si02/Si (即具有氧化層的娃基底)，Si3N4,石英等,優(yōu)選Si02/Si。在基底上制備用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑的方法可為微接觸印刷法、旋涂法、電子束蒸鍍鍍膜法或熱蒸鍍鍍膜法，優(yōu)選微接觸印刷法。為了避免生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑對(duì)石墨基底的進(jìn)一步刻蝕，同時(shí)增加碳納米管飄落在石墨基底上的幾率，所述用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑通常處于其基底的邊緣位置。上述單壁碳納米管的制 備過(guò)程中，通常使具有催化劑的基底中與催化劑位置較近的一側(cè)與石墨基底緊鄰。在單壁碳納米管的制備過(guò)程中，均需保持催化劑基底位于氣流上游端，石墨基底位于氣流下游端。步驟2)中生長(zhǎng)單壁碳納米管所用的氣體碳源可為CH4, C2H4或乙醇，優(yōu)選乙醇；生長(zhǎng)溫度可為900°C -1200°C，優(yōu)選900°C -950°C ;生長(zhǎng)的時(shí)間可為10_60min，優(yōu)選30min。所述方法還包括單壁碳納米管生長(zhǎng)結(jié)束降溫的步驟，該降溫的過(guò)程既可選擇控制降溫，也可為自然降溫；優(yōu)選控制降溫，即由生長(zhǎng)溫度降至700°C用時(shí)40-100min，優(yōu)選60mino上述提供的單壁碳納米管制備方法，兼容多種催化劑和多種基底，排除了催化劑對(duì)石墨基底的進(jìn)一步刻蝕，得到了石墨表面具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列。對(duì)本發(fā)明制備的單壁碳納米管進(jìn)行AFM、Raman和STM表征。AFM圖片顯示單根碳納米管在石墨表面表現(xiàn)180°、120°和60°等特定轉(zhuǎn)角的形貌，與石墨基底的六重對(duì)稱(chēng)性相一致；單壁碳納米管與石墨刻痕間顯示69.8°和45.7°等隨機(jī)角度，不同定向碳納米管間顯示18.5°，與單壁碳納米管的手性緊密相關(guān)。對(duì)利用13CH4碳源得到的碳納米管進(jìn)行二維Raman掃描，其RBM和G峰顯示與單壁碳納米管一致的形貌，排除了石墨褶皺的干擾。原子級(jí)分辨掃描隧道顯微鏡圖片顯示定向碳納米管和石墨的界面具有一致的苯環(huán)排列方向，進(jìn)一步證實(shí)了單壁碳納米管在石墨表面的手性選擇性定向。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種操作便捷、成本低廉的對(duì)上述制備的單壁碳納米管手性結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征的方法。上述對(duì)單壁碳納米管手性結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，包括對(duì)單壁碳納米管的手性角測(cè)量和/或旋光性測(cè)量；對(duì)單壁碳納米管的手性角測(cè)量方法如下:利用石墨基底表面單壁碳納米管的手性選擇性定向結(jié)論，結(jié)合石墨表面的規(guī)則性刻痕和碳納米管軸向間的夾角，對(duì)碳納米管手性角進(jìn)行便捷宏量的測(cè)量；碳納米管的手性角Θ即石墨的卷曲矢量方向與其zigzag方向之間的夾角；碳納米管的軸向與徑向互相垂直，石墨的zigzag方向與armchair方向互相垂直，因此碳納米管的手性角亦即碳納米管軸向與石墨armchair邊之間的夾角；如果石墨zigzag方向刻痕和碳納米管軸向間夾角φ為0°S(pS30°，則碳納米管的手性角Θ為Θ = 30°_ φ;如果石墨zigzag方向刻痕和碳納米管軸向間夾角φ為30():￡ φ < 60°，則碳納米管的手性角Θ為Θ= 90°-φ；對(duì)單壁碳納米管的旋光性測(cè)量方法如下:利用石墨基底表面單壁碳納米管的手性選擇性定向結(jié)論，結(jié)合石墨表面的規(guī)則性刻痕和碳納米管軸向間的夾角，對(duì)碳納米管旋光性進(jìn)行便捷宏量的測(cè)量；如果石墨刻痕和碳納米管間夾角φ為0°$φ S 30°，則碳納米管為右手型；如果石墨刻痕和碳納米管間夾角φ為3(f S φ < 60°，則碳納米管為左手型。利用石墨基底表面單壁碳納米管的手性選擇性定向結(jié)論，結(jié)合不同碳納米管間的手性差異，還可進(jìn)行單壁碳納米管的手性分離，便于加工基于特定手性碳納米管的納米器件。在本發(fā)明中利用石墨基底可以對(duì)碳納米管實(shí)現(xiàn)手性分離，便于對(duì)特定手性的碳納米管進(jìn)行性能研究。

在上述碳納米管的手性分離過(guò)程中，根據(jù)碳納米管手性的不同其在石墨表面的定向方向亦不同，于此利用石墨基底可以增大不同手性碳納米管間的距離，實(shí)現(xiàn)不同手性碳納米管間的手性分離，便于對(duì)特定手性的碳納米管進(jìn)行性能研究。本發(fā)明提供的測(cè)量方法，首次同時(shí)對(duì)碳納米管的手性角和旋光性進(jìn)行了測(cè)量；可以對(duì)樣品表面的碳納米管進(jìn)行批量宏觀測(cè)量；并且能夠極好地保持碳納米管的完美結(jié)構(gòu)和形貌；便于對(duì)特定手性碳納米管進(jìn)行器件加工和性能研究。另外，本發(fā)明提供的分離方法，操作簡(jiǎn)便，成本低廉適，適用于對(duì)大面積的單壁碳納米管陣列進(jìn)行測(cè)量，具有極廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為石墨表面單壁碳納米管的手性選擇性取向示意圖；其中，a)為不同石墨片層卷曲成(10，0)、(7,2), (5,5), (2,7), (0，10)單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖，b_e)分別為(10，O)、(7，2)、(5，5)、(2，7)單壁碳納米管在石墨表面的穩(wěn)定構(gòu)象圖，此處只顯示碳納米管與石墨接觸的界面結(jié)構(gòu)。圖2為具有規(guī)則刻痕石墨基底的制備；其中，a)為石墨表面經(jīng)Fe粒子高溫刻蝕之后的AFM圖，b)為石墨表面不同刻痕間的角度統(tǒng)計(jì)圖。圖3為石墨基底表面單壁碳納米管的制備；其中，a)為石墨基底表面單壁碳納米管的制備示意圖，其中具有圖案畫(huà)條帶的催化劑和石墨基底置于不同的硅片表面，b)為碳納米管制備前石墨的光學(xué)顯微鏡圖片，c)為碳納米管制備后石墨的電子顯微鏡圖片，箭頭標(biāo)記單壁碳納米管的位置。圖4為石墨基底表面單壁碳納米管的手性選擇性取向表征；其中，a_c)為石墨基底表面單壁碳納米管的原子力顯微鏡圖片，其中碳納米管表現(xiàn)出180°、120°和60°轉(zhuǎn)折角度，不同手性碳納米管與石墨刻痕間顯示不同的角度，d-e)分別為具有120°轉(zhuǎn)角碳納米管的RBM峰和G峰二位掃描圖片，f)為不同單壁碳納米管轉(zhuǎn)折角度的統(tǒng)計(jì)圖。圖5為石墨基底表面單壁碳納米管的掃描隧道顯微鏡圖片；其中，a)為大尺寸掃描范圍下的單壁碳納米管掃描隧道顯微鏡圖片，b-d)分別為原子級(jí)分辨的(n，0)、(n，m)和(η, η)單壁碳納米管掃描隧道顯微鏡圖片。圖6為單壁碳納米管的手性角和旋光異構(gòu)結(jié)構(gòu)表征；其中，a)為單壁碳納米管的手性角和旋光異構(gòu)結(jié)構(gòu)表征示意圖，b-c)分別為右手型和左手型單壁碳納米管的原子力顯微鏡圖片，d)為單壁碳納米管手性角和旋光性的宏量統(tǒng)計(jì)圖。圖7為單壁碳納米管的手性分離及器件應(yīng)用；其中，a)石墨表面單壁碳納米管的手性分離示意圖，b)手性分離的單壁碳納米管掃描電子顯微鏡圖片，b)為利用手性分離單壁碳納米管制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。下述實(shí)施例中所述方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑得到。實(shí)施例1、制備 石墨表面手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列I)基底的清洗:選用表面具有300nm氧化層的Si單晶作為碳納米管生長(zhǎng)的基底，將其切割成IcmX Icm大??；依次在超純水、丙酮、乙醇和超純水中超聲清洗IOmin,再用高純氮?dú)獯蹈纱谩?)選用kish石墨作為原料,利用Scotch Tape在Si基底表面機(jī)械剝離不同層數(shù)的石墨，用光學(xué)顯微鏡判定石墨的層數(shù)和位置，在基底表面旋涂0.lmmol/L的FeCl3/EtOH溶液，轉(zhuǎn)速為3000rpm。利用微接觸印刷法在另一具有300nm氧化層的Si基底的邊緣圖案畫(huà)0.1mmol FeCl3/EtOH催化劑條帶,用于單壁碳納米管陣列的制備。3)將石墨基底在300sccm Ar和300sccm H2氣氛中加熱至70CTC并恒溫30min對(duì)石墨表面進(jìn)行刻蝕，得到規(guī)則刻痕(見(jiàn)圖2)。不同刻痕間角度主要為60°和120°。將帶有FeCl3催化劑條帶的Si基底和石墨基底一并緊鄰地置入化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，并保持FeCl3催化劑基底在氣流上游端(見(jiàn)圖3a)，進(jìn)一步升溫至950°C并調(diào)節(jié)氣流為300sCCm H2和100sccmAr/Et0H(Ar/Et0H是指以Ar鼓泡的形式通入乙醇液體)恒溫30min,進(jìn)行單壁碳納米管陣列的生長(zhǎng)；隨后控制降溫Ih至700°C，最后自然降至室溫。利用掃描電子顯微鏡確定碳納米管與石墨的相對(duì)位置(見(jiàn)圖3c)，進(jìn)而對(duì)碳納米管進(jìn)行原子力顯微鏡掃描表征，發(fā)現(xiàn)碳納米管在石墨表現(xiàn)具有120°和60°等轉(zhuǎn)折角度，這與石墨基底的六重對(duì)稱(chēng)性一致(圖4a-c)。碳納米管與石墨刻痕間夾角為隨機(jī)的69.8°和45.7° ,不同定向碳納米管間夾角為18.5° ,這與碳納米管的手性相關(guān)(圖4a和4c)。此外，對(duì)圖4c中具有120°轉(zhuǎn)角的碳納米管進(jìn)行二維Raman掃描，結(jié)果顯示RBM峰和G峰具有與單壁碳納米管一致的形貌，進(jìn)而排除了石墨表面褶皺的干擾。利用掃描隧道顯微鏡對(duì)石墨表面的碳納米管進(jìn)行了精細(xì)結(jié)構(gòu)表征，鋸齒型(n，0)碳管和扶手椅型(η，η)為非手性碳納米管，其在石墨表面的上下兩部分具有相同的苯環(huán)排列方向，(n，m)碳納米管為手性碳納米管，其在石墨表面的上下兩部分具有相反的苯環(huán)排列方向。如圖5b-d所示，鋸齒型(n，0)碳納米管，手性(n，m)碳納米管和扶手椅型(η，η)定向碳納米管和石墨的界面處都具有相同的苯環(huán)排列方向。充分證實(shí)了石墨表面單壁碳納米管的手性選擇性定向，同時(shí)顯示碳納米管和石墨間具有AB堆垛構(gòu)象時(shí)最為穩(wěn)定。
實(shí)施例2、測(cè)量單壁碳納米管的手性角對(duì)實(shí)施例1中制備的具有手性選擇性取向的單壁碳納米管進(jìn)行手性角的測(cè)量，碳納米管的手性角Θ即石墨的卷曲矢量方向與其zigzag方向之間的夾角。如圖6a示意，碳納米管的軸向與徑向互相垂直，石墨的zigzag方向與armchair方向互相垂直，因此碳納米管的手性角亦即碳管軸向與石墨armchair邊之間的夾角。因此，如果石墨刻痕和碳納米管軸向間夾角Φ為0°5 Φ < 30°，則碳納米管的手性角Θ為Θ = 30° - (P;如果石墨刻痕和碳納米管軸向間夾角φ為30°$φ S60°，則碳納米管的手性角θ為0 = 9Ο°_Φ。上述方法中，以圖6b和圖6c為實(shí)例。圖6b中，原子力顯微鏡圖片測(cè)得碳納米管軸向與石墨刻痕之間的夾角φ = 83.7°-60 = 23.7°，則碳納米管的手性角Θ為Θ =30° -23.7° =6.3°。圖6c中，原子力顯微鏡圖片測(cè)得碳納米管軸向與石墨刻痕之間的夾角Φ =39.6°，則碳納米管的手性角Θ為Θ = 90° -39.6° =50.4°。上述方法中，便于對(duì)碳納米管的手性角進(jìn)行宏量測(cè)量，如圖6d統(tǒng)計(jì)圖所示，20根單壁碳納米管的手性角在0° -60°之間平均分布。實(shí)施例3、測(cè)量單壁碳納米管的旋光性對(duì)實(shí)施例1中制備的具有手性選擇性定向的單壁碳納米管進(jìn)行旋光性的測(cè)量。碳納米管依據(jù)手性角的大小或卷曲矢量的方向(以石墨zigzag邊為參考)可分為右手型和左手型，其中右手型碳納米管的手性角β為O。< Θ <30°，左手型碳納米管的手性角Θ為30。彡Θ彡60。。 上述方法中，碳納米管在石墨表面具有手性選擇性的取向。根據(jù)碳納米管軸向與石墨刻痕的相對(duì)角度可以判定碳納米管的旋光性，如圖6b所示，碳納米管軸向與石墨刻痕間的夾角φ為φ = 83.7° - 60° = 23.7°，則碳納米管為右手型；如圖6c所示，碳納米管軸向與石墨刻痕間角度φ為φ = 3 9.6'則碳納米管為左手型。上述方法中，便于對(duì)碳納米管的旋光性進(jìn)行宏量測(cè)量，如圖6d統(tǒng)計(jì)圖所示，20根單壁碳納米管的旋光性在左旋和右旋之間平均分布。實(shí)施例4、分離不同手性的單壁碳納米管不同手性的單壁碳納米管根據(jù)在石墨表面定向的方向不同，于此可實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的手性分離。分離的碳納米管間距取決于碳管間手性的差異和石墨基底的尺寸。此方法極其完好的保存了碳納米管的形貌。如圖7a示意，扶手椅型碳管沿著石墨鋸齒型邊取向生長(zhǎng)，鋸齒型碳管沿著石墨的扶手椅型邊取向生長(zhǎng)，其間距由I1增大至12。上述方法中，碳納米管的生長(zhǎng)方向由上至下，如圖7b所示，分離得到的碳納米管便于后續(xù)的器件加工和性能研究。分別對(duì)分離的兩根單壁碳納米管進(jìn)行了電學(xué)輸運(yùn)測(cè)試，其開(kāi)關(guān)比均在IO4以上(圖7c)。
權(quán)利要求
1.一種以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列的制備方法，包括下述步驟: 1)制備表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底； 2)將具有用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑的基底與步驟I)中表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底一并緊鄰置于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，利用氣流定向法在所述石墨基底上生長(zhǎng)單壁碳納米管，得到石墨基底表面具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I)中制備表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底的具體方法如下:利用Scotch Tape機(jī)械剝離法在具有氧化層的硅基底表面制備不同層數(shù)的石墨，然后在所述石墨表面制備用于刻蝕石墨的催化劑，最后將石墨樣品在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，得到具有規(guī)則刻痕的石墨基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述具有氧化層的硅基底中氧化層的厚度為 IOO-1OOOnm ； 所述Scotch Tape機(jī)械剝離法中采用的制備石墨的原料為Kish-石墨或高定向裂解石墨； 所述用于刻蝕石墨的催化劑為金屬納米顆粒或無(wú)機(jī)納米粒子；所述金屬納米顆粒具體選自下述至少一種金屬的納米顆粒:Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ru, Rh和Pd,優(yōu)選Fe, Co或Ni ；所述無(wú)機(jī)納米粒子具體為SiO2無(wú)機(jī)納米粒子； 所述在所述石墨表面制備用于刻蝕石墨的催化劑的方法為旋涂法、電子束蒸鍍鍍膜法或熱蒸鍍鍍膜法，優(yōu)選旋涂法； 所述刻蝕反應(yīng)的反應(yīng)氣氛為Ar和H2還原氣氛，Ar的氣體流量為50-500sCCm，H2的氣體流量為50-500SCCm，Ar 與H2的氣體流量比為1: 0.5_1: 5 ;所述刻蝕反應(yīng)的反應(yīng)溫度為 6000C -1OOO0C ;反應(yīng)時(shí)間為 15-60min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:步驟2)中用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑為金屬納米顆?；驘o(wú)機(jī)納米粒子；所述金屬納米顆粒具體選自下述至少一種金屬的納米顆粒:Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W, Ru, Rh和Pd,優(yōu)選Fe, Co或Ni ;所述無(wú)機(jī)納米粒子具體為SiO2無(wú)機(jī)納米粒子或納米金剛石； 步驟2)中所述具有用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑的基底中的基底為具有氧化層的Si基底、Si3N4或石英； 步驟2)中制備所述具有用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑的基底的方法為微接觸印刷法、旋涂法、電子束蒸鍍鍍膜法或熱蒸鍍鍍膜法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:步驟2)中所述具有用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑處于基底上的邊緣位置；所述具有用于生長(zhǎng)單壁碳納米管的催化劑的基底中與催化劑位置較近的一側(cè)與所述石墨基底緊鄰； 步驟2)中生長(zhǎng)單壁碳納米管所用的氣體碳源為CH4, C2H4或乙醇，優(yōu)選乙醇；生長(zhǎng)單壁碳納米管的溫度為900°C -1200°C ;生長(zhǎng)的時(shí)間為10-60min ；
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于:所述方法還包括單壁碳納米管生長(zhǎng)結(jié)束降溫的步驟；所述降溫的過(guò)程為控制降溫或自然降溫；優(yōu)選控制降溫，即由生長(zhǎng)溫度降至700°C需用時(shí)40-100min。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述方法制備的以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列。
8.一種對(duì)權(quán)利要求7所述的以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列的手性角進(jìn)行測(cè)量的方法，包括下述步驟:對(duì)所述以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列中的石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間的夾角進(jìn)行測(cè)定，若石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間的夾角φ為Οι)$φ < 30'貝Ij單壁碳納米管的手性角Θ為θ = 3 °-φ;若石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間的夾角φ為30°:^φ:^60 ，則單壁碳納米管的手性角Θ為θ = 90°-φ。
9.一種對(duì)權(quán)利要求7所述的以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列的旋光性進(jìn)行測(cè)量的方法，包括下述步驟:對(duì)所述以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列中的石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間的夾角進(jìn)行測(cè)定，若石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間夾角φ為0° S φ ; 30°,則單壁碳納米管為右手型；若石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間夾角φ為30°$φ S 60°，則單壁碳納米管為左手型。
10.一種對(duì)權(quán)利要求7所述的以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列進(jìn)行后續(xù)性能測(cè)試和/或器件加工的方法，包括下述步驟:對(duì)所述以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列中的石墨zigzag方向刻痕和單壁碳納米管軸向間的夾角進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算得知單壁碳納米管的手性角和/或旋光性，進(jìn)一步對(duì)已知手性結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管進(jìn)行性能測(cè) 試和/或器件加工。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種以石墨為基底且具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列及對(duì)其手性結(jié)構(gòu)表征的方法。其制備方法如下1)制備表面具有規(guī)則刻痕的石墨基底；2)將具有生長(zhǎng)單壁碳納米管催化劑的基底與石墨基底一并緊鄰置于化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，利用氣流定向法在石墨基底上生長(zhǎng)單壁碳納米管，得到具有手性選擇性取向的單壁碳納米管陣列。利用石墨基底表面單壁碳納米管的手性選擇性取向結(jié)論，結(jié)合石墨表面的規(guī)則性刻痕，可對(duì)單壁碳納米管的手性角及旋光性進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)一步對(duì)已知手性結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管進(jìn)行性能測(cè)試和/或器件加工。本發(fā)明提供的測(cè)量方法，首次同時(shí)對(duì)碳納米管的手性角和旋光性進(jìn)行了測(cè)量；可以對(duì)樣品表面的碳納米管進(jìn)行批量宏觀測(cè)量。
文檔編號(hào)C01B31/02GK103086353SQ20131001152
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者張錦, 陳亞彬, 胡悅 申請(qǐng)人:北京大學(xué)