[发明专利]一种阵列碳纳米薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种阵列碳纳米管薄膜的制备方法，包括以下步骤：将基底置于PECVD腔体中的金属网罩中，金属网罩上方放置依次叠加的两块催化剂金属板；在PEVCD腔体中通入反应气体，加热后接通电源，反应后在基底表面得到催化剂薄膜；将PEVCD腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后在基底表面得到阵列碳纳米管薄膜。本申请催化剂薄膜和阵列碳纳米管薄膜在同一PECVD腔体内完成，且能够实现连续制备，提高了阵列碳纳米管薄膜制备的效率；另一方面，低温制备使得阵列碳纳米管薄膜能够应用于很多不耐高温的领域。

技术领域

本发明涉及碳纳米管技术领域，尤其涉及一种阵列碳纳米薄膜的低温制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)作为一维纳米材料，其特殊的结构使其具有优异的热学、力学和电学性能，使得碳纳米管在材料科学、物理学、电子学等领域展现出良好的应用前景。目前，关于碳纳米管的应用研究主要集中在复合材料、场发射显示器、储氢、传感器、超级电容以及导电聚合物等领域，许多应用领域都已取得重要进展。然而由于受到制备工艺的限制，制备条件苛刻、产量少、制备效率低、有序性差、杂质多等因素都阻碍了碳纳米管的研究与应用。

目前制备碳纳米管的方法主要有：电弧法、激光蒸发法以及化学气相沉积法(CVD)等。碳纳米管的制备方法不同，则得到的碳纳米管的结构也不同。电弧法和激光蒸发法通常都是在无序堆积的催化剂基础上制备碳纳米管，难以控制碳纳米管的生长取向；而CVD方法能够有效控制碳纳米管生长的取向，从而制备出阵列碳纳米管薄膜。获得的阵列碳纳米管薄膜具有许多优异的电学、场发射等性能，在微电子等领域具有巨大的应用前景。

目前，利用热CVD方法制备阵列碳纳米管薄膜主要存在两个不足：一是其制备基底的表面需要一层催化剂纳米薄膜，该薄膜通常需要采用蒸发法或溅射法等制备工艺；另一方面，热CVD方法制备碳纳米管的反应温度通常都在600℃以上，苛刻的条件限制了阵列碳纳米管薄膜的应用领域，使得无法在对热敏感的微电子等领域的材料表面直接制备阵列碳纳米管薄膜。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种阵列碳纳米管薄膜的低温原位制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种阵列碳纳米管薄膜的制备方法，包括以下步骤：

A)，将基底置于PECVD设备的腔体中负极板上的金属网罩中，金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板；

B)，在PEVCD设备的腔体中通入反应气体，加热后接通电源，反应后在基底表面得到催化剂薄膜；

C)，将PEVCD设备的腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后在基底表面得到阵列碳纳米管薄膜。

优选的，所述两块催化剂金属板之间的距离为1～5cm，所述催化剂金属板的材质为铁、钴、镍或复合金属材料。

优选的，步骤A)中所述反应气体为的氢气和氩气，所述反应温度为300～500℃，所述电源的功率为500～1000W。

优选的，所述氢气的流量为30～80sccm，所述氩气的流量为30～80sccm。

优选的，步骤C)中所述碳源包括甲烷、乙炔和正丁烷中的一种或多种，所述碳源的流量为5～50sccm。

优选的，所述载气为氢气和氩气，所述氢气的流量为30～80sccm，所述氩气的流量为30～80sccm。

优选的，步骤C)中所述反应的温度为350～500℃，所述电源的功率为10～200W，所述反应的时间为10～100min。

优选的，所述基底为具有光滑表面的基底，优选为硅片、玻璃或表面抛光后的金属。

优选的，步骤B)中所述催化剂薄膜的厚度为1～50nm。