[发明专利]一种半导体碳纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体碳纳米管阵列的制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种新型的一维纳米材料，其具有优良的综合力学性能，如高弹性模量、高杨氏模量和低密度，以及优异的电学性能、热学性能和吸附性能。由于碳纳米管电学性质的多样性，碳纳米管的控制合成是其大量应用的关键因素。随着碳纳米管碳原子排列方式的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性质。其中，金属性单壁碳纳米管(m-SWNTs)是理想的一维导线，而半导体单壁碳纳米管(s-SWNTs)则可以用来在纳米尺度上构建各种电子器件半导体单壁碳纳米管的优异特性，可望使其在场效应管(FET)、传感器、TFT、微电子学和纳米材料方面发挥重要作用。

目前，传统的制备单壁碳纳米管的方法主要有激光烧蚀法、电弧放电法和化学气相沉积法(CVD)。其中，化学气相沉积法合成的碳纳米管比较纯净，可以直接用来制备碳纳米管器件。然而，这些制备方法合成的单壁碳纳米管都是金属性单壁碳纳米管和半导体单壁碳纳米管的混合物，其中半导体单壁碳纳米管的比例约为2/3。而金属性单壁碳纳米管的存在，会大大降低单壁碳纳米管器件的半导体性能。如何控制合成半导体单壁碳纳米管的比例超过2/3的碳纳米管阵列具有非常重要的实际意义，这也是是目前碳纳米管研究的热点。

现有的获得半导体单壁碳纳米管的方法主要包括：(1)利用强光照射去除金属性单壁碳纳米管；(2)利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)选择性合成半导体单壁碳纳米管；(3)通过紫外线使碳纳米管发生氧化，在金属性纳米管的碳原子结构内形成缺陷，从而使均化的纳米管显现出半导体的性质。这些方法均存在一些不足：或者，会对碳纳米管有损伤；或者，处理过程复杂，难于在产业上应用。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种简单易行，适合在工业上批量生长的半导体碳纳米管阵列的制备方法。

一种半导体碳纳米管阵列的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的一表面形成一催化剂前驱体，所述催化剂前驱体含有动物血液；将所述形成有催化剂前驱体的基底置于反应炉内，加热所述基底至第一温度并保持预定时间，以去除催化剂前驱体中的有机物并使催化剂前驱体中的铁元素氧化；在保护气体下，向反应炉内通入还原气体，对所述形成有催化剂前驱体的基底加热至第二温度并保持预定时间，以使催化剂前驱体中的铁元素还原；向反应炉中通入载气气体与碳源气体的混合气，在所述基底形成有催化剂前驱体的表面生长半导体碳纳米管阵列。

相较于现有技术，以动物血液中的铁元素制备半导体碳纳米管阵列的方法简单易行，制备的碳纳米管阵列中半导体单壁碳纳米管的比例高，易于后续利用，使该碳纳米管阵列具有较大的应用范围，如场效应管(FET)、传感器、TFT、微电子学和纳米材料等，并且适合在工业上批量生长。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的半导体碳纳米管阵列制备方法的流程图。

图2为本发明第一实施例提供的半导体碳纳米管阵列制备方法采用的装置示意图。

图3为由本发明第一实施例提供的半导体碳纳米管阵列制备方法制备的半导体碳纳米管阵列的拉曼光谱。

主要元件符号说明

反应炉                19

石英管                15

基底                  11

催化剂前驱体          12

第一进气口            191

第二进气口            192

出气口                193

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本技术方案进行详细说明。

请参阅图1和图2，图1为本发明第一实施例的半导体碳纳米管阵列的制备方法的工艺流程图。所述半导体碳纳米管阵列的制备方法包括以下步骤：

步骤S11，提供一基底11，在所述基底11的一表面形成一层催化剂前驱体12，所述催化剂前驱体12含有动物血液。

首先，提供一基底11，所述基底11的材料选用二氧化硅，也可以选用其它耐高温且不易发生反应的材料，如硅、石英等。

其次，提供动物血液，采用丝网印刷法或旋涂法等方法，将所述动物血液沉积于所述基底11的一表面形成一层催化剂前驱体12。