[发明专利]碳纳米管针尖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管针尖及其 制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，日本研究人员 Iijima1991年在电弧放电中发现，请参见″Helical Microtubules of Graphitic  Carbon″，S.Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳纳米管具有极优异的导电导热 性能、良好的化学稳定性和机械强度，且具有大的长径比，因此碳纳米管在复 合材料、场发射显示器、纳米电子器件、储氢材料、探针等方面具有广泛的潜 在应用前景。

由于碳纳米管的端部具有很小的尺寸，因此可以用其作为针尖与基体连接 应用于点阵型场发射电子源或显微领域的探针等。目前，将碳纳米管作为针尖 的应用基本上是将单根碳纳米管通过一定方法与基体组成一定结构，这种将单 根碳纳米管粘附于基体上的方法有机械粘结法、电场诱导粘结法和化学气相沉 积生长法。

机械粘结制备碳纳米管针尖的方法是在光学显微镜辅助下，用涂有粘附剂 的原子力显微镜针尖去接触碳纳米管簇后轻轻拉出，这样在基体末端就粘附上 一根碳纳米管，然后对粘附的碳纳米管长度进行优化获得合适的长度，达到高 分辨率的要求。电场粘结法是在光学显微镜辅助下，将原子力显微镜针尖靠近 碳纳米管，然后在两者之间施加10-20伏直流电压，观察到尖端放电造成的打 闪后，立即断电，使碳纳米管粘结在基体上。化学气相沉积生长法是在预先吸 附了催化剂的针尖上直接生长碳纳米管，请参见″Growth of single-walled Carbon  nanotubes on the given Locations for AFM Tips″，Wang Rui，Acta Physico-Chimica  Sinica，vol.23，p565(2007)。

上述几种方法均是碳纳米管在微观尺度下的应用，由于单根碳纳米管尺寸 较小，上述几种方法往往需要昂贵的设备原子力显微镜和扫描隧道显微镜的辅 助，操作复杂，成本较高，且由于单根碳纳米管易被破坏，导致上述几种方法 成功率较低。这种由单根碳纳米管作为针尖与基体连接所组成的结构，由于单 根碳纳米管的尺寸较小，其与基体接触面积较小，导致碳纳米管与基体之间的 结合力较小，容易脱落。因此，将碳纳米管组成宏观尺度的结构对于碳纳米管 的应用具有重要意义。

因此，确有必要提供一种宏观尺度的碳纳米管针尖及其制备方法。

发明内容

一种碳纳米管针尖，包括多个碳纳米管，其中，该碳纳米管针尖为一碳纳 米管束状结构，其包括一类圆锥形尖端，该类圆锥形尖端顶部为一根突出的碳 纳米管。

一种碳纳米管针尖的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一碳纳米管薄 膜；提供一第一电极和一第二电极，将上述碳纳米管薄膜两端分别固定于第一 电极和第二电极上，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管从第一电极向第二电极延伸； 通过使用有机溶剂处理该碳纳米管薄膜，形成多个碳纳米管线，该碳纳米管线 的两端分别固定于第一电极和第二电极上；将该碳纳米管线通电流加热熔断， 得到多个碳纳米管针尖。

与现有技术相比较，该碳纳米管针尖及其制备方法具有以下优点：其一， 该碳纳米管针尖包括多个通过范德华力相互紧密连接的碳纳米管，故机械性能 好，寿命较长；其二，该碳纳米管针尖尺寸较大，在与基体相结合时容易操作， 无需显微镜设备作为辅助，操作成本较低；其三，该碳纳米管针尖的制备方法 无需昂贵的设备，成本较低，且操作简单，适合大量生产。

附图说明

图1为本技术方案实施例的碳纳米管针尖的结构示意图。

图2是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的扫描电镜照片。

图3是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的透射电镜照片。

图4是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的制备方法的流程图。

图5是本技术方案实施例的碳纳米管薄膜经有机溶剂处理后的照片。

图6是本技术方案实施例碳纳米管线通电流加热装置示意图。

图7是本技术方案实施例的碳纳米管线熔断过程示意图。

图8是本技术方案实施例的碳纳米管线加热到白炽状态的照片。

图9是本技术方案实施例获得的碳纳米管针尖的拉曼光谱图。

具体实施方式