[发明专利]碳纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管阵列的制备方法，尤其涉及采用激光辅助化学气相沉积法制备碳纳米管阵列的方法。

背景技术

碳纳米管是九十年代初才发现的一种新型一维纳米材料。碳纳米管的特殊结构决定了其具有特殊的性质，如高抗张强度和高热稳定性；随着碳纳米管螺旋方式的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性等。由于碳纳米管具有理想的一维结构以及在力学、电学、热学等领域优良的性质，其在材料科学、化学、物理学等交叉学科领域已展现出广阔的应用前景，在科学研究以及产业应用上也受到越来越多的关注。

目前比较成熟的制备碳纳米管的方法主要包括电弧放电法(Arcdischarge)、激光烧蚀法(Laser Ablation)及化学气相沉积法(Chemical VaporDeposition)。其中，化学气相沉积法和前两种方法相比具有产量高、可控性强、与现行的集成电路工艺相兼容等优点，便于工业上进行大规模合成，因此近几年备受关注。

用于制备碳纳米管的化学气相沉积法一般包括传统热化学气相沉积法(Thermal Chemical Vapor Deposition，CVD)、等离子化学气相沉积法(PlasmaChemical Vapor Deposition，PCVD)和激光辅助化学气相沉积法(Laser-Induced Chemical Vapor Deposition，LICVD)。

现有的激光辅助化学气相沉积法一般以激光为快速加热热源，利用激光束直接照射在生长所需的基底上使其温度升高，达到生长所需的温度。当含碳反应气体流经高温基底表面时，受基底影响升温，通过与基底上的催化剂作用，反应气体产生热解或化学反应，从而实现碳纳米管的生长。

现有的激光辅助化学气相沉积法生长碳纳米管通常采用固体激光器或气体激光器。其中，固体激光器包括如掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器或氩离子激光器等；气体激光器包括二氧化碳激光器等。上述激光器的光束质量都很好，但是，上述激光器多是单模或多模的，且上述激光器一般体积都很大，且对环境要求很高。进一步地，上述激光器一般还需要有对应的水冷系统和温度控制系统、价格昂贵的电源以及很好的防震系统和光学系统。以上缺点都将不同程度地限制应用上述激光器的激光辅助化学气相沉积法生长碳纳米管。另外，现有的使用固体和气体激光器的激光辅助化学气相沉积法一般需要在一密封的反应炉内进行，并使得反应气体充满整个反应空间，其设备较为复杂，且难以制作大型的反应炉用于在大面积玻璃基板上通过化学气相沉积法生长碳纳米管。

相对于上述固体和气体激光器，现有的半导体激光器具有体积小、成本低的优点。具体地，现有的半导体激光器一般不需要水冷系统，普通的散热片就可以实现散热，且不需要温度控制，设备简单，使用方便。另外，现有的半导体激光器只需普通恒流电源，也不需要很好的防震系统和光学系统。然而，现有的激光辅助化学气相沉积法生长碳纳米管没有采用半导体激光器。

发明内容

本发明提供一种应用半导体激光器的激光辅助化学气相沉积生长碳纳米管阵列的方法。

一种碳纳米管阵列的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；在上述基底一表面形成一催化剂层；通入碳源气与载气的混合气体流经上述催化剂层表面；以及提供一半导体激光器系统发出激光束聚焦照射在上述基底上从而生长碳纳米管阵列。

相较于现有技术，本发明实施例碳纳米管阵列的制备方法采用半导体激光器产生的激光束照射生长碳纳米管阵列，利用半导体激光器尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可直接调制，相干性好等优点，本发明实施例碳纳米管阵列的制备方法具有成本低，可控性强等优点。另外，由于半导体激光器比气体激光器的波长更短，且半导体激光器的激光束成方波分布，更有利于基底和催化剂的快速加热。且，由于采用含碳催化剂层或光吸收层，本发明实施例碳纳米管阵列的制备方法无需在一密封的反应室内进行，因此简单可控。

附图说明

图1为本发明实施例碳纳米管阵列的制造方法的流程示意图。

图2为本发明实施例碳纳米管阵列的制备方法所用设备的结构示意图。

图3为本发明实施例采用含碳催化剂层获得的碳纳米管阵列的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例采用光吸收层获得的碳纳米管阵列的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例碳纳米管阵列的制备方法主要包括以下几个步骤：

步骤一：提供一基底。