專利名稱：在碳納米管表面形成缺陷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在碳納米管表面形成缺陷的方法。
背景技術(shù)：
碳納米管由于具有可調(diào)控的納米管腔結(jié)構(gòu)，大的長(zhǎng)徑比，較好的化學(xué)穩(wěn)定性，及較 大的比表面積，因此，可用來(lái)作為催化劑載體。所述碳納米管在作為催化劑載體時(shí)，通常需 要用一定濃度的氫氟酸浸漬碳納米管，從而在該碳納米管表面形成多個(gè)缺陷。表面形成有 多個(gè)缺陷的碳納米管能夠承載更多的催化劑及增大催化劑與被催化的原料之間的接觸面 積。然而，通過(guò)氫氟酸浸漬的方法所形成的缺陷，在碳納米管表面的形成位置難以控 制，不利于更精確控制催化劑在該碳納米管上的位置分布。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，通過(guò)該方法能夠 較精確地控制所述缺陷在碳納米管表面的形成位置。一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟提供一基底；將至少一 第一碳納米管設(shè)置在該基底的一表面；將至少一第二碳納米管與所述至少一第一碳納米管 交叉且接觸設(shè)置，所述第二碳納米管的半徑大于所述第一碳納米管的直徑；在該基底的表 面沉積一掩膜層，所述掩膜層的厚度大于所述第一碳納米管的且直徑小于所述第二碳納米 管的半徑；對(duì)沉積有掩膜層的基底進(jìn)行刻蝕，去除所述第二碳納米管且在所述第一碳納米 管與所述第二碳納米管接觸的部位形成至少一缺陷。一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟提供一基底；將至少一 第一碳納米管設(shè)置在該基底的一表面；將至少一第二碳納米管搭接在所述第一碳納米管 上，并使該第一碳納米管與第二碳納米管交叉設(shè)置，定義所述第一碳納米管被所述第二碳 納米管覆蓋的部分為缺陷部，定義所述第二碳納米管覆蓋所述第一碳納米管的部分為遮蓋 部；沿垂直于所述基底表面的方向沉積一掩膜層覆蓋該第一碳納米管，且使該掩膜層的厚 度大于所述第一碳納米管的且直徑小于所述第二碳納米管的半徑，以使得至少部分遮蓋部 暴露出所述掩膜層的表面；對(duì)暴露出所述掩膜層的遮蓋部進(jìn)行刻蝕以去除所述遮蓋部并使 所述缺陷部暴露出所述掩膜層的表面；以及對(duì)暴露出所述掩膜層表面的缺陷部進(jìn)行刻蝕， 從而在所述缺陷部形成至少一缺陷。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，通過(guò)選擇所述第二碳納米管與第一碳納米管的交叉位置，則 可精確控制所述缺陷在所述第一碳納米管的形成位置。因此，本申請(qǐng)所提供的在碳納米管 表面形成缺陷的方法，能夠精確控制該缺陷在碳納米管表面的形成位置。當(dāng)用具有該缺陷 的第一碳納米管承載催化劑時(shí)，能夠精確控制該催化劑在該第一碳納米管上的位置分布。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的在碳納米管表面形成缺陷的工藝流程俯視結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的在碳納米管表面形成缺陷的工藝流程側(cè)視結(jié)構(gòu)示 意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
基底12
第一碳納米管14
缺陷部142
缺陷144
第二碳納米管16
遮蓋部162
掩膜層18
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的在碳納米管表面形成缺陷的方法。請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，該方 法包括如下步驟S10，提供一基底 12;S20，將一第一碳納米管14設(shè)置在該基底12的一表面；S30，將一第二碳納米管16與所述第一碳納米管14交叉且接觸設(shè)置，所述第二碳 納米管16的半徑大于所述第一碳納米管14的直徑；S40，在該基底12的表面沉積一掩膜層18，所述掩膜層18的厚度大于所述第一碳 納米管14的且直徑小于所述第二碳納米管16的半徑；S50，對(duì)覆蓋有掩膜層18的基底進(jìn)行刻蝕，去除所述第二碳納米管16且在所述第 一碳納米管14與所述第二碳納米管16接觸的部位形成一缺陷144 ；以及S60，去掉所述基底12及掩膜層18，得到表面形成有缺陷144的第一碳納米管14。在步驟SlO中，所述基底12的形狀與材料不限。優(yōu)選地，所述基底12具有一平面， 所述第一碳納米管14與第二碳納米管16均承載在該平面上。所述基底12可由絕緣材料 形成，也可由非絕緣材料形成，只要能承載所述第一碳納米管14與第二碳納米管16即可。 在本實(shí)施例中，所述基底12為一硅基底。在步驟S20與步驟S30中，所述第一碳納米管14與第二碳納米管16可選用單根 的單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。定義所述第一碳納米管14被所述第二碳 納米管16覆蓋的部分為缺陷部142，定義所述第二碳納米管16覆蓋所述第一碳納米管14 的部分為遮蓋部162，則所述遮蓋部162與所述缺陷部142交叉接觸設(shè)置。所述第一碳納米 管14與第二碳納米管16可為直線型碳納米管、曲線型碳納米管或具有其他形狀的碳納米 管?？梢岳斫?，當(dāng)所述第一碳納米管14與第二碳納米管16中的一個(gè)或兩個(gè)均為曲線型碳 納米管時(shí)，所述第一碳納米管14與第二碳納米管16可有多處接觸，形成多個(gè)接觸點(diǎn)。艮口， 所述第一碳納米管14可具有多個(gè)缺陷部142，所述第二碳納米管16可具有多個(gè)遮蓋部162用于遮擋所述缺陷部142。當(dāng)所述第一碳納米管14與第二碳納米管16均為直線型單壁碳 納米管時(shí)，所述第一碳納米管14與第二碳納米管16僅可形成一個(gè)接觸點(diǎn)。即，所述第一碳納 米管14僅具有一個(gè)缺陷部142，所述第二碳納米管16僅具有一個(gè)遮蓋部162用于遮擋所述缺 陷部142。由于所述第一碳納米管14與第二碳納米管16交叉設(shè)置，因此，所述第一碳納米管14 的軸向延伸方向與第二碳納米管16的軸向延伸方向之間的夾角大于0度小于等于90度。優(yōu) 選地，所述第一碳納米管14的軸向延伸方向與第二碳納米管16的軸向延伸方向基本垂直。為描述方便，定義所述第一碳納米管14的直徑為Dl，定義所述第二碳納米管16的 直徑為D2。所述第一碳納米管14與第二碳納米管16的直徑Dl，D2不限，只要滿足D2 > 2*D1即可。通常，所述第一碳納米管14的直徑Dl大致在0.4納米到25納米之間，所述第 二碳納米管16的直徑D2大致在0. 8到50納米之間。所述第二碳納米管16的直徑D2越 大，所述第一碳納米管14與第二碳納米管16的接觸面積越大，所述缺陷144的面積越大。 譬如，當(dāng)所述第二碳納米管16的直徑D2小于等于10納米時(shí)，所述缺陷144沿第二碳納米 管16的軸向延伸方向上的尺寸小于等于10納米。則當(dāng)所述第一碳納米管14為單壁碳納 米管時(shí)，所述第一碳納米管14可用來(lái)制作單電子器件。在本實(shí)施例中，所述第一碳納米管 14與所述第二碳納米管16為大致相互垂直的直線型碳納米管，所述第一碳納米管14的直 徑大致為2. 5納米，所述第二碳納米管16的直徑大致為10納米。在步驟S40中，形成所述掩膜層18的材料不限，只要在能夠遮蓋所述第一碳納米 管14未被所述第二碳納米管16覆蓋的部分，又可在刻蝕過(guò)程中不被刻蝕即可。通常地，所 述掩膜層18由絕緣材料制成，優(yōu)選地，所述掩膜層18由不含碳材料的絕緣材料制成。所述 絕緣材料包括二氧化硅、氧化鉿、氧化鋁或其他氧化物。在本實(shí)施例中，所述掩膜層18的由 二氧化硅制成，該掩膜層18厚度大致為3納米。形成所述掩膜層18的工藝不限，只要能夠 使所述掩膜層18沿垂直于所述基底12表面的方向沉積即可。在本實(shí)施例中，形成所述掩 膜層18的工藝包括電子束蒸鍍和磁控濺射。當(dāng)所述掩膜層18沿垂直于所述基底12表面的方向沉積在所述基底12上時(shí)，所述 掩膜層18既可沉積在所述基底12，也可沉積在所述第一碳納米管14與第二碳納米管16的 表面。該掩膜層18的厚度大于所述第一碳納米管14的且直徑小于所述第二碳納米管16 的半徑。為描述方便，定義所述掩膜層18的厚度為H。由于H>D1，因此，所述第一碳納米 管14沒(méi)被所述第二碳納米管16覆蓋的部分將被所述掩膜層18完全覆蓋。即，所述第一碳 納米管14中除所述缺陷部142的所有部分均可被所述掩膜層18完全覆蓋。而又由于所述H < D2/2，因此，所述第二碳納米管16至少部分未被所述掩膜層18 覆蓋，從而暴露出所述掩膜層18。具體地，定義所述第二碳納米管16由相互對(duì)稱的第一部 分與第二部分組成，其中，所述第一部分為遠(yuǎn)離所述基底12的部分，所述第二部分為靠近 所述基底12的部分，可以理解，所述第二部分的高度為所述第二碳納米管16的半徑，即，所 述第二部分的高度大于所述掩膜層18的厚度。當(dāng)所述掩膜層18沉積在所述第二碳納米管 16時(shí)，所述第一部分的外表面被覆蓋，由于第二部分的高度大于所述掩膜層18的厚度，所 述第二部分不能完全被所述掩膜層18覆蓋，尤其是該第二部分靠近所述第一部分的部分 將會(huì)暴露出所述掩膜層18。在步驟S50中，所述對(duì)覆蓋有掩膜層18的基底12的刻蝕方法不限，只要能夠在所 述第一碳納米管14與所述第二碳納米管16接觸的部位，即缺陷部142，形成所述缺陷144即可。通常，所述刻蝕方法為離子刻蝕，如反應(yīng)離子刻蝕(Reaction-Ion-EtchingAlE)。具 體地，可將覆蓋有掩膜層18的基底12放置于一微波等離子體系統(tǒng)中，該微波等離子體系統(tǒng) 的一感應(yīng)功率源可產(chǎn)生氧等離子體、氯等離子體或氬等離子體。等離子體以較低的離子能 量從產(chǎn)生區(qū)域擴(kuò)散并漂移至所述基底12表面，由于所述第二碳納米管16不能完全被所述 掩膜層18覆蓋而暴露出所述掩膜層18，所述第二碳納米管16，尤其是該第二碳納米管16 中的第二部分靠近所述第一部分的部分將與所述等離子體產(chǎn)生反應(yīng)或者被等離子刻蝕。從 而所述第二碳納米管16能夠因刻蝕而去掉，所述遮蓋部162將也會(huì)因刻蝕而去掉。當(dāng)該遮 蓋部162被刻蝕后，由該遮蓋部162遮蓋的缺陷部142將暴露出所述掩膜層18并被所述等 離子刻蝕，從而可在所述缺陷部142形成所述缺陷144，即，可得到形成有缺陷144的碳納米 管。在步驟S60中，去掉所述基底12及掩膜層18的方式不限，只要能夠取出表面形成 有缺陷144的第一碳納米管14即可。譬如，可用僅與所述掩膜層18反應(yīng)而不與所述第一 碳納米管14反應(yīng)的化學(xué)溶液浸泡所述掩膜層18以去掉所述掩膜層18。當(dāng)所述掩膜層18 被去掉后，可采用機(jī)械或者其他方式將所述第一碳納米管14從所述基底12取下來(lái)，即可得 到表面形成有缺陷144的第一碳納米管14。當(dāng)然，由于步驟S60對(duì)該缺陷144的形成并不 影響，因此，如需要將該第一碳納米管14固定在該基底12上，此時(shí)該步驟可省略?？梢岳斫?，為了獲得多個(gè)具有該缺陷144的第一碳納米管14，可在步驟S20中，選 擇多個(gè)第一碳納米管14設(shè)置在所述基底12的表面。優(yōu)選地，所述多個(gè)第一碳納米管14的 直徑大致相等。為了在所述第一碳納米管14且獲得多個(gè)缺陷144，還在步驟S30中選擇多 個(gè)第二碳納米管16與所述第一碳納米管14交叉重疊設(shè)置，從而在所述第一碳納米管14形 成多個(gè)缺陷部142。優(yōu)選地，多個(gè)第一碳納米管14平行設(shè)置，多個(gè)第二碳納米管16平行設(shè) 置且垂直于所述第一碳納米管14。由于所述缺陷144的沿所述第一碳納米管14軸向方向的長(zhǎng)度基本與所述第二碳 納米管16的直徑相當(dāng)，而所述缺陷144的沿所述第一碳納米管14徑向方向的長(zhǎng)度則取決 于所述第一碳納米管14的直徑及所述缺陷部142被刻蝕的時(shí)間。因此，通過(guò)選擇具有選定 直徑的第二碳納米管16及刻蝕時(shí)間，即可控制所述缺陷144的尺寸，如面積，深度。而通過(guò) 選擇所述第二碳納米管16與第一碳納米管14的交叉位置，則可控制所述缺陷144在所述 第一碳納米管14上的形成位置。因此，本申請(qǐng)所提供的在第一碳納米管14表面形成缺陷 144的方法，能夠精確控制該缺陷144在第一碳納米管14表面的形成位置與尺寸。當(dāng)用具 有該缺陷144的第一碳納米管14承載催化劑時(shí)，能夠精確控制該催化劑在該第一碳納米管 14上的位置分布。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟 提供一基底；將至少一第一碳納米管設(shè)置在該基底的一表面；將至少一第二碳納米管與所述至少一第一碳納米管交叉且接觸設(shè)置，所述第二碳納米 管的半徑大于所述第一碳納米管的直徑；在該基底的表面沉積一掩膜層，所述掩膜層的厚度大于所述第一碳納米管的且直徑小 于所述第二碳納米管的半徑；以及對(duì)沉積有掩膜層的基底進(jìn)行刻蝕，去除所述第二碳納米管且在所述第一碳納米管與所 述第二碳納米管接觸的部位形成至少一缺陷。
2.如權(quán)利要求1所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，所述基底為絕 緣基底。
3.如權(quán)利要求1所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，所述第一碳納 米管的軸向延伸方向與第二碳納米管的軸向延伸方向之間的夾角大于0度小于等于90度。
4.如權(quán)利要求3所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，所述第一碳納 米管的軸向延伸方向與第二碳納米管的軸向延伸方向基本垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，所述掩膜層的 材料為二氧化硅、氧化鉿或氧化鋁。
6.如權(quán)利要求1所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，沉積該掩膜層 的工藝包括電子束蒸鍍及磁控濺射。
7.如權(quán)利要求1所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，所述對(duì)覆蓋有 掩膜層的基底進(jìn)行刻蝕的方法為離子刻蝕。
8.如權(quán)利要求1所述的在碳納米管表面形成缺陷的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括如 下步驟去掉所述基底及掩膜層，得到表面形成有缺陷的第一碳納米管。
9.一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟 提供一基底；將至少一第一碳納米管設(shè)置在該基底的一表面；將至少一第二碳納米管搭接在所述第一碳納米管上，并使該第一碳納米管與第二碳納 米管交叉設(shè)置，定義所述第一碳納米管被所述第二碳納米管覆蓋的部分為缺陷部，定義所 述第二碳納米管覆蓋所述第一碳納米管的部分為遮蓋部；沿垂直于所述基底表面的方向沉積一掩膜層覆蓋該第一碳納米管，且使該掩膜層的厚 度大于所述第一碳納米管的且直徑小于所述第二碳納米管的半徑，以使得至少部分遮蓋部 暴露出所述掩膜層的表面；對(duì)暴露出所述掩膜層的遮蓋部進(jìn)行刻蝕以去除所述遮蓋部并使所述缺陷部暴露出所 述掩膜層的表面；以及對(duì)暴露出所述掩膜層表面的缺陷部進(jìn)行刻蝕，從而在所述缺陷部形成至少一缺陷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在碳納米管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟提供一基底；將至少一第一碳納米管設(shè)置在該基底的一表面；將至少一第二碳納米管與所述至少一第一碳納米管交叉且接觸設(shè)置，所述第二碳納米管的半徑大于所述第一碳納米管的直徑；在該基底的表面沉積一掩膜層，所述掩膜層的厚度大于所述第一碳納米管的且直徑小于所述第二碳納米管的半徑；對(duì)沉積有掩膜層的基底進(jìn)行刻蝕，去除所述第二碳納米管且在所述第一碳納米管與所述第二碳納米管接觸的部位形成至少一缺陷。
文檔編號(hào)B82B3/00GK102079507SQ20101061789
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者李群慶, 王雪深, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司