一種高密度碳納米管陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高密度碳納米管陣列的制備方法，包括：步驟101、在一基底的表面生長(zhǎng)第一碳納米管陣列；步驟102、對(duì)所述第一碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理，使所述第一碳納米管陣列中碳納米管之間的間隙變小而形成多個(gè)孔洞，以使的所述基底的部分表面從所述孔洞裸露出來；步驟103、在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)第二碳納米管陣列；步驟104、重復(fù)步驟102和步驟103使所述碳納米管陣列中的碳納米管之間的間隙不斷變小,以獲得所述高密度碳納米管陣列。采用本發(fā)明實(shí)施例所述的方法制得的碳納米管陣列不僅密度大，而且密度分布均勻。
【專利說明】一種高密度碳納米管陣列的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳納米管【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高密度碳納米管陣列的制備方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管的發(fā)現(xiàn)，引領(lǐng)人們打開了納米世界的大門，由于其特殊的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異 的力、熱、電性能，在材料科學(xué)、納米電子學(xué)、生物學(xué)等方面有著十分廣泛的應(yīng)用前景，引起 了廣泛的科學(xué)研究。而垂直排列的碳納米管陣列由于其高度取向、一致的長(zhǎng)徑比等優(yōu)勢(shì)，更 有利于某些性能的發(fā)揮，在導(dǎo)熱、導(dǎo)電、超強(qiáng)纖維、場(chǎng)發(fā)射等方面有著十分重要的工程意義。
[0003] 當(dāng)前，通常使用化學(xué)氣相沉積法獲得碳納米管垂直陣列?；瘜W(xué)氣相沉積法采用含 碳?xì)怏w（比如乙烯、乙炔、甲烷、乙醇蒸汽等）作為碳源，利用電阻加熱，在催化劑的作用下 使其裂解成活性碳原子，在基底表面的催化劑中溶解、析出，從而形成碳納米管垂直陣列。 然而，化學(xué)氣相沉積法直接生長(zhǎng)的碳納米管垂直陣列的密度有限，限制了在某些工程應(yīng)用 領(lǐng)域的應(yīng)用。通過改變催化劑種類、厚度、碳源濃度、生長(zhǎng)溫度等參數(shù)，也只能實(shí)現(xiàn)較小范圍 內(nèi)密度的調(diào)控，而且這些生長(zhǎng)參數(shù)的改變，必定影響到碳管的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)（壁數(shù)、管徑、螺 旋性，等等）。
[0004] 目前，有研究人員首先采用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)碳納米管垂直陣列，然后采用機(jī) 械壓縮碳納米管陣列達(dá)到提高碳納米管陣列的密度的目的，但是這種方法是通過減小碳納 米管陣列的面積來提高其密度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高密度碳納米管陣列的制備；另外，采用機(jī)械力對(duì) 碳納米管陣列進(jìn)行壓縮，由于邊緣處壓縮量較大，中心部位壓縮量相對(duì)較小，從而使得經(jīng)機(jī) 械壓縮后得到的碳納米管陣列從中心到邊緣存在密度梯度，碳納米管陣列的整體密度不均 勻，影響了碳納米管陣列的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種高密度碳納米管陣列的制備方法，用于獲得密度分布均勻的高 密度碳納米管陣列。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：
[0007] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種高密度碳納米管陣列的制備方法，該方法步 驟：
[0008] 步驟101、在一基底的表面生長(zhǎng)第一碳納米管陣列；
[0009] 步驟102、對(duì)所述第一碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理，使所述第一碳納米管陣列 中碳納米管之間的間隙變小而形成多個(gè)孔洞，以使的所述基底的部分表面從所述孔洞裸露 出來；
[0010] 步驟103、在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)第二碳納米管陣列；
[0011] 步驟104、重復(fù)步驟102和步驟103使所述碳納米管陣列中的碳納米管之間的間隙 不斷變小，以獲得所述高密度碳納米管陣列。
[0012] 結(jié)合第一方面，在第二種可能的實(shí)施方式下，步驟102中所述的進(jìn)行蒸汽收縮處 理的方法包括：將所述第一基底放置于盛有揮發(fā)性溶劑的容器上方，所述第一基底上生長(zhǎng) 有所述第一碳納米管陣列，加熱所述容器以使所述盛放在所述容器內(nèi)的所述揮發(fā)性溶劑形 成蒸汽，所述蒸汽使得所述第一碳納米管陣列產(chǎn)生收縮。
[0013] 結(jié)合第一方面，在第三種可能的實(shí)施方式下，步驟101所述的在一基底的表面生 長(zhǎng)第一碳納米管陣列，具體包括下述步驟：
[0014] 步驟1011、使用電子束沉積法在所述基底的表面生長(zhǎng)氧化鋁層，并在所述氧化鋁 層的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑；
[0015] 步驟1012、采用含碳?xì)怏w作為碳源，通過加熱時(shí)所述碳源裂解成活性炭原子，所述 活性炭原子在所述鐵催化劑或鈷催化劑中溶解并析出，以形成所述第一碳納米管陣列。
[0016] 結(jié)合第一方面或者第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，在第四種可能的實(shí)施方式 下，步驟103所述的在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)第二碳納米管陣列，具體包 括下述步驟：
[0017] 步驟1031、使用電子束沉積法在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)氧化鋁 層，并在所述氧化鋁層的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑；
[0018] 步驟1032、采用含碳?xì)怏w作為碳源，通過加熱時(shí)所述碳源裂解成活性炭原子，所述 活性炭原子在所述鐵催化劑或鈷催化劑中溶解并析出，以形成所述第二碳納米管陣列。
[0019] 結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式至第一方面的第三種可能的實(shí)施方式中 的任一種實(shí)施方式，在第四種可能的實(shí)施方式下，所述揮發(fā)性溶劑選自丙酮、乙醇和水中的 一種或多種。
[0020] 結(jié)合第一方面或者第一方面的第一種可能的實(shí)施方式至第一方面的第四種可能 的實(shí)施方式中的任一種實(shí)施方式，在第五種可能的實(shí)施方式下，所述碳納米管為單壁碳納 米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0021] 結(jié)合第一方面或者第一方面的第一種可能的實(shí)施方式至第一方面的第五種可能 的實(shí)施方式中的任一種實(shí)施方式，在第六種可能的實(shí)施方式下，所述基底為金屬基底或娃 基底。
[0022] 可知，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的高密度碳納米管陣列的制備方法，首先在基底上 生長(zhǎng)第一碳納米管陣列，然后對(duì)所述第一碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理以使所述第一碳 納米管陣列分布的更加密集，同時(shí)，由于所述第一碳納米管陣列的收縮，使得基底的部分表 面裸露出來，然后在裸露出來的部分基底表面上生長(zhǎng)第二碳納米管陣列，然后類似地，對(duì)所 述第二碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理以使所述第二碳納米管陣列分布的更加密集，總 之，可以不斷重復(fù)上述碳納米管陣列的生長(zhǎng)方法和蒸汽收縮處理方法，重復(fù)的次數(shù)越多，最 終得到的碳納米管陣列的密度越高；且本發(fā)明中采用蒸汽收縮處理的方法使第一碳納米管 陣列中碳納米管之間的間隙變小，由于所述第一碳納米管陣列中所有碳納米管在相同的環(huán) 境中產(chǎn)生收縮，所以收縮的力度總體上來說比較一致，然后在再裸露出來的基底表面上生 長(zhǎng)第二碳納米管陣列，由于所述第二碳納米管陣列中的每一碳納米管的生長(zhǎng)環(huán)境也是相同 的，所以所述第二碳納米管陣列生長(zhǎng)的也比較均勻，進(jìn)而得到的高密度碳納米管陣列的密 度分布也比較均勻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中 所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí) 施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0024] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高密度碳納米管陣列制備方法的工藝流程圖；
[0025] 圖2是圖1所示的高密度碳納米管陣列制備方法的示例性圖示；
[0026] 圖3是本發(fā)明提供的對(duì)碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理的示例性圖示；
[0027] 圖4a是本發(fā)明提供的進(jìn)行蒸汽收縮處理后得到的碳納米管陣列的掃描電鏡圖；
[0028] 圖4b是本發(fā)明提供的進(jìn)行蒸汽收縮處理后得到的碳納米管陣列的另一掃描電鏡 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 為下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、 完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其 他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030] 如前所述，鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種獲得高密度的碳納米管 陣列的制備方法。下面將結(jié)合附圖用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0031] 圖1是本【具體實(shí)施方式】提供的高密度碳納米管陣列制備方法的工藝流程圖，如圖 1所示，該方法包括步驟：
[0032] 步驟101、在一基底的表面生長(zhǎng)第一碳納米管陣列；
[0033] 需要說明的是，步驟101具體包括下述步驟：
[0034] 步驟1011、使用電子束沉積法在所述基底的表面生長(zhǎng)氧化鋁層，并在所述氧化鋁 層的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑；步驟1012、采用含碳?xì)怏w作為碳源，通過加熱時(shí)所述 碳源裂解成活性炭原子，所述活性炭原子在所述鐵催化劑或鈷催化劑中溶解并析出，以形 成所述第一碳納米管陣列。
[0035] 其中，所述第一碳納米管陣列中的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多 壁碳納米管。所述基底為金屬基底或者硅基底。
[0036] 步驟102、對(duì)所述第一碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理，使所述第一碳納米管陣列 中碳納米管之間的間隙變小而形成多個(gè)孔洞，以使的所述基底的部分表面從所述孔洞裸露 出來；
[0037] 具體的，步驟102中所述的進(jìn)行蒸汽收縮處理的方法包括：將所述第一基底放置 于盛有揮發(fā)性溶劑的容器上方，所述第一基底上生長(zhǎng)有所述第一碳納米管陣列，加熱所述 容器以使所述盛放在所述容器內(nèi)的所述揮發(fā)性溶劑形成蒸汽，所述蒸汽使得所述第一碳納 米管陣列產(chǎn)生收縮。
[0038] 其中，所述揮發(fā)性溶劑選自丙酮、乙醇和水中的一種或多種。
[0039] 步驟103、在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)第二碳納米管陣列；
[0040] 值得注意的是，步驟103具體包括：步驟1031、使用電子束沉積法在所述基底裸露 出來的所述部分表面生長(zhǎng)氧化鋁層，并在所述氧化鋁層的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑； 步驟1032、采用含碳?xì)怏w作為碳源，通過加熱時(shí)所述碳源裂解成活性炭原子，所述活性炭原 子在所述鐵催化劑或鈷催化劑中溶解并析出，以形成所述第二碳納米管陣列。
[0041] 其中，所述第二碳納米管陣列中的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多 壁碳納米管。所述基底為金屬基底或者硅基底。
[0042] 步驟104、重復(fù)步驟102和步驟103使所述碳納米管陣列中的碳納米管之間的間隙 不斷變小，以獲得所述高密度碳納米管陣列。
[0043] 采用本發(fā)明實(shí)施例獲得的碳納米管陣列不僅密度大，而且由于本發(fā)明中采用蒸汽 收縮處理的方法使第一碳納米管陣列中碳納米管之間的間隙變小，所述第一碳納米管陣列 中所有碳納米管在相同的環(huán)境中產(chǎn)生收縮，所以收縮的力度總體上來說比較一致，然后在 再裸露出來的基底表面上生長(zhǎng)第二碳納米管陣列，由于所述第二碳納米管陣列中的每一碳 納米管的生長(zhǎng)環(huán)境也是相同的，所以所述第二碳納米管陣列生長(zhǎng)的也比較均勻，進(jìn)而得到 的所述高密度碳納米管陣列的密度分布比較均勻。
[0044] 圖2是使用圖1所示的制備方法制備所述高密度碳納米管陣列的示例性圖示，圖 2中是以重復(fù)3次生長(zhǎng)碳納米管陣列為例的。如圖2所示的高密度碳納米管陣列的制備方 法具體包括下述步驟：
[0045] (a)在基底1上采用電子束沉積法制備催化劑2 ;具體的，首先在基底1的表面上 生長(zhǎng)氧化鋁層，然后在所述氧化鋁層的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑；其中，基底1可以選 擇金屬基底或硅基底；
[0046] (b)在基底1的表面上鍍有催化劑2的位置上采用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)第一碳納 米管陣列3 ;
[0047] (c)對(duì)第一碳納米管陣列3進(jìn)行蒸汽收縮處理，使第一碳納米管陣列3中碳納米管 之間的間隙變小而形成多個(gè)孔洞4,基底1的部分表面從孔洞4裸露出來；
[0048] (d)在基底1從孔洞4裸露出來的部分表面上采用電子束沉積法制備催化劑5， 具體的，首先在所述從孔洞4裸露出來的部分表面上生長(zhǎng)氧化鋁層，然后在所述氧化鋁層 的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑，也即制成催化劑5的方法和制成催化劑2的方法是一樣 的；
[0049] (e)在基底1的表面上鍍有催化劑5的位置采用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)第二碳納米 管陣列6 ;
[0050] (f)對(duì)第二碳納米管陣列6進(jìn)行蒸汽收縮處理，使所述第二碳納米管陣列中碳納 米管陣列之間的間隙變小而形成多個(gè)孔洞7,基底1的部分表面從孔洞7裸露出來；
[0051] (g)在基底1上從孔洞7裸露出來的部分表面上采用電子束沉積法制備催化劑8， 具體的，首先在所述從孔洞7裸露出來的部分表面上生長(zhǎng)氧化鋁層，然后在所述氧化鋁層 的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑，也即制成催化劑8的方法和制成催化劑2的方法是一樣 的；
[0052] (h)在基底1的表面上鍍有第三催化劑8的位置采用化學(xué)氣相沉積工藝生長(zhǎng)第三 碳納米管陣列9。
[0053] 通過以上3次重復(fù)生長(zhǎng)碳納米管陣列，制得高密度的碳納米管陣列。以上所述的 重復(fù)3次只是作為例子進(jìn)行說明，不應(yīng)視為對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制，在實(shí)際的制備過程中，可 以根據(jù)需要制備的碳納米管陣列的密度來決定需要重復(fù)生長(zhǎng)碳納米管陣列的次數(shù)。所制 得的高密度碳納米管陣列的密度受初始陣列密度的影響，且通過計(jì)算覆蓋率的方式進(jìn)行評(píng) 估，所述高密度碳納米管陣列的覆蓋率為：P = η+ (1-11 )11 + (1-η )2ri+···+ (1-11廣1 η， 式中，Ρ為最終得到的碳納米管陣列的覆蓋率，η為第一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列的覆蓋 率，Ν為生長(zhǎng)次數(shù)；所述覆蓋率是指碳納米管陣列收縮至最密集狀態(tài)時(shí)的面積與基底面積 的比值。在一些比較優(yōu)選的實(shí)施方案中，最終陣列覆蓋率可達(dá)70%，對(duì)應(yīng)密度約10 13根/ cm2;且由于本發(fā)明中采用蒸汽收縮處理的方法使第一碳納米管陣列中碳納米管之間的間 隙變小，所述第一碳納米管陣列中所有碳納米管在相同的環(huán)境中產(chǎn)生收縮，所以收縮的力 度總體上來說比較一致，然后在再裸露出來的基底表面上生長(zhǎng)第二碳納米管陣列，由于所 述第二碳納米管陣列中的每一碳納米管的生長(zhǎng)環(huán)境也是相同的，所以所述第二碳納米管陣 列生長(zhǎng)的也比較均勻，進(jìn)而得到的所述高密度碳納米管陣列的密度分布比較均勻。
[0054] 其中，以上所述的碳納米管可以為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
[0055] 進(jìn)一步的，如圖3所示，進(jìn)行蒸汽收縮處理具體包括：將生長(zhǎng)有第一碳納米管陣列 3的基底1 (以圖2中對(duì)第一碳納米管陣列3進(jìn)行收縮處理為例進(jìn)行說明）放置于盛有揮發(fā) 性溶劑30的器皿20上方（第一納米管陣列3朝向揮發(fā)性溶劑30)，通過加熱裝置10加熱 揮發(fā)性溶劑30形成蒸汽，蒸汽與覆蓋于上方的第一碳納米管陣列3作用，使得第一碳納米 管陣列3中碳納米管之間的間隙變小以形成多個(gè)孔洞，基底1的部分表面從所述孔洞裸露 出來。其中，揮發(fā)性溶劑可以選自丙酮、乙醇和水中的任意一種或兩種以上的結(jié)合。
[0056] 實(shí)施例一
[0057] 本發(fā)明實(shí)施例一提供一種高密度碳納米陣列的制備方法，具體包括：以硅片為基 底，采用電子束蒸鍍法，在硅基底上依次沉積20nm厚的氧化鋁和lnm厚的鐵當(dāng)催化劑。然后 將鍍有催化劑的娃基底放置于CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積）管式爐 中。管式爐中通入氬氣，升溫到750°C，通入氫氣和乙烯，三種氣體的流量分別為1.6SLPM、 0. 1SLPM、0. 3SLPM。反應(yīng)時(shí)間10分鐘后取出樣品，得到一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列。
[0058] 將一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列進(jìn)行丙酮蒸汽處理。將盛有丙酮的培養(yǎng)皿置于加熱臺(tái) 上，加熱溫度設(shè)置60°C，使得丙酮沸騰。將碳納米管陣列倒懸于丙酮蒸汽上方距液面1厘米 的位置處，處理10秒鐘，移去樣品，得到多孔的碳納米管陣列。圖4a和4b為按照以上步驟 處理后得到的多孔碳納米管陣列的掃描電鏡圖。
[0059] 將處理得到的多孔陣列的碳納米管陣列置于電子束沉積系統(tǒng)中，沉積20nm厚的 氧化鋁和lnm厚的鐵，作為第二次生長(zhǎng)的催化劑。然后重復(fù)第一次碳納米管陣列的生長(zhǎng)工 藝，進(jìn)行第二次碳納米管陣列生長(zhǎng)。得到二次陣列后，采用同樣的蒸汽處理方法，使得碳納 米管陣列再次收縮，得到多孔結(jié)構(gòu)的陣列。然后進(jìn)行第三次催化劑沉積、第三次碳納米管陣 列生長(zhǎng)，甚至更多次的生長(zhǎng)，從而得到密度足夠高的碳納米管管陣列。
[0060] 在本實(shí)施例中，通過對(duì)碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理形成孔洞，然后在孔洞中 再次生長(zhǎng)碳納米管陣列，經(jīng)過重復(fù)多次生長(zhǎng)碳納米管陣列，制備獲得高密度的碳納米管陣 列；另外，在制備過程中，所形成的孔洞均勻地分布在整個(gè)基底上，經(jīng)過多次生長(zhǎng)碳納米管 陣列之后，所得到的高密度的碳納米管陣列的密度是比較均勻的。
[0061] 實(shí)施例二
[0062] 本發(fā)明實(shí)施例二提供了另一種高密度碳納米陣列的制備方法。具體的，以硅片為 基底，采用電子束蒸鍍法，在硅基底上依次沉積lOnm厚的氧化鋁和2nm厚的鐵。然后將鍍 有催化劑的硅基底放置于CVD管式爐中。管式爐中通入氬氣，升溫到800°C，通入氫氣和乙 炔。氬氣、氫氣，乙炔的流量分別為1. 6SLPM、0. 1SLPM、0. 1SLPM。反應(yīng)時(shí)間20分鐘后取出樣 品，得到一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列。
[0063] 將一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列進(jìn)行乙醇蒸汽處理。將盛有乙醇的培養(yǎng)皿置于加熱臺(tái) 上，加熱溫度設(shè)置80°C，使得乙醇沸騰。將碳納米管陣列倒懸于乙醇蒸汽上方距液面1厘米 的位置處，處理20秒鐘，移去樣品，得到多孔的碳納米管陣列。
[0064] 將處理得到的多孔陣列的碳納米管陣列置于電子束沉積系統(tǒng)中，沉積lOnm厚的 氧化鋁和2nm厚的鐵，作為第二次生長(zhǎng)的催化劑。然后重復(fù)第一次碳納米管陣列的生長(zhǎng)工 藝，進(jìn)行第二次碳納米管陣列生長(zhǎng)。得到二次陣列后，采用同樣的蒸汽處理方法，使得碳納 米管陣列再次收縮，得到多孔結(jié)構(gòu)的陣列。然后進(jìn)行第三次催化劑沉積、第三次碳納米管陣 列生長(zhǎng)，甚至更多次的生長(zhǎng)，從而得到密度足夠高的碳納米管管陣列。
[0065] 在本實(shí)施例中，通過對(duì)碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理形成孔洞，然后在孔洞中 再次生長(zhǎng)碳納米管陣列，經(jīng)過重復(fù)多次生長(zhǎng)碳納米管陣列，制備獲得高密度的碳納米管陣 列；另外，在制備過程中，所形成的孔洞均勻地分布在整個(gè)基底上，經(jīng)過多次生長(zhǎng)碳納米管 陣列之后，所得到的高密度的碳納米管陣列的密度是比較均勻的。
[0066] 實(shí)施例三
[0067] 本發(fā)明實(shí)施例三提供了再一種高密度碳納米陣列的制備方法。具體的，選用拋光 的金屬Cu基底，采用原子層沉積法，在金屬基底上依次沉積30nm厚的氧化鋁和2nm厚的 鈷。然后將鍍有催化劑的金屬基底放置于CVD管式爐中。管式爐中通入1SLPM氬氣，升溫 到800°C，通入0. 1SLPM氫氣和乙醇蒸汽。乙醇蒸汽采用30〇SCCm的氬氣載入。反應(yīng)時(shí)間 30分鐘后取出樣品，得到一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列。
[0068] 將一次生長(zhǎng)的碳納米管陣列進(jìn)行水蒸汽處理。將盛有水的培養(yǎng)皿置于加熱臺(tái)上， 加熱溫度設(shè)置100°c，使得水沸騰。將碳納米管陣列倒懸于水蒸汽上方距液面1厘米的位置 處，處理30秒鐘，移去樣品，得到多孔的碳納米管陣列。
[0069] 將處理得到的多孔陣列的碳納米管陣列置于原子層沉積系統(tǒng)中，沉積30nm厚的 氧化鋁和2nm厚的鈷，作為第二次生長(zhǎng)的催化劑。然后重復(fù)第一次碳納米管陣列的生長(zhǎng)工 藝，進(jìn)行第二次碳納米管陣列生長(zhǎng)。得到二次陣列后，采用同樣的蒸汽處理方法，使得碳納 米管陣列再次收縮，得到多孔結(jié)構(gòu)的陣列。然后進(jìn)行第三次催化劑沉積、第三次碳納米管陣 列生長(zhǎng)，甚至更多次的生長(zhǎng)，從而得到密度足夠高的碳納米管陣列。
[0070] 本發(fā)明提供的制備方法，采用蒸汽處理對(duì)納米管陣列進(jìn)行收縮，并不破壞碳納米 管陣列與基底之間的鍵合關(guān)系，即，在獲得高密度的碳納米管陣列之后，碳納米管陣列仍然 與基底之間存在良好化學(xué)鍵結(jié)合。本實(shí)施例中，采用金屬基底生長(zhǎng)，在場(chǎng)發(fā)射、超級(jí)電容器、 熱管理等領(lǐng)域，金屬基底可作電極或散熱，基底與陣列可作為整體使用；在需要單獨(dú)使用陣 列的情況下，亦可以將陣列從基底剝離使用。
[0071] 需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí) 體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存 在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵 蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要 素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備 所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句"包括一個(gè)……"限定的要素，并不排除 在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0072] 以上所述僅是本申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，包括步驟： 步驟101、在一基底的表面生長(zhǎng)第一碳納米管陣列； 步驟102、對(duì)所述第一碳納米管陣列進(jìn)行蒸汽收縮處理，使所述第一碳納米管陣列中 碳納米管之間的間隙變小而形成多個(gè)孔洞，以使的所述基底的部分表面從所述孔洞裸露出 來； 步驟103、在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)第二碳納米管陣列； 步驟104、重復(fù)步驟102和步驟103使所述碳納米管陣列中的碳納米管之間的間隙不斷 變小，以獲得所述高密度碳納米管陣列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，步驟102中所 述的進(jìn)行蒸汽收縮處理的方法包括：將所述第一基底放置于盛有揮發(fā)性溶劑的容器上方， 所述第一基底上生長(zhǎng)有所述第一碳納米管陣列，加熱所述容器以使所述盛放在所述容器內(nèi) 的所述揮發(fā)性溶劑形成蒸汽，所述蒸汽使得所述第一碳納米管陣列產(chǎn)生收縮。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，步驟101所述 的在一基底的表面生長(zhǎng)第一碳納米管陣列，具體包括下述步驟： 步驟1011、使用電子束沉積法在所述基底的表面生長(zhǎng)氧化鋁層，并在所述氧化鋁層的 表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑； 步驟1012、采用含碳?xì)怏w作為碳源，通過加熱時(shí)所述碳源裂解成活性炭原子，所述活性 炭原子在所述鐵催化劑或鈷催化劑中溶解并析出，以形成所述第一碳納米管陣列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，步驟103 所述的在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)第二碳納米管陣列，具體包括下述步驟： 步驟1031、使用電子束沉積法在所述基底裸露出來的所述部分表面生長(zhǎng)氧化鋁層，并 在所述氧化鋁層的表面生長(zhǎng)鐵催化劑或鈷催化劑； 步驟1032、采用含碳?xì)怏w作為碳源，通過加熱時(shí)所述碳源裂解成活性炭原子，所述活性 炭原子在所述鐵催化劑或鈷催化劑中溶解并析出，以形成所述第二碳納米管陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4任一項(xiàng)所述的高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，所 述揮發(fā)性溶劑選自丙酮、乙醇和水中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，所 述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的高密度碳納米管陣列的制備方法，其特征在于，所 述基底為金屬基底或硅基底。
【文檔編號(hào)】C01B31/02GK104085875SQ201410250726
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】姚亞剛, 李濤濤, 徐焰, 涂運(yùn)驊 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司, 中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所