[发明专利]一种使用溶液催化剂制备碳纳米管阵列的方法

说明书

本发明公开了一种使用溶液催化剂制备碳纳米管阵列的方法。将一平滑基底放入等离子体发生器中对平滑基底的表面用等离子体进行亲水处理；然后把基底取出后，在表面滴上配置后的催化剂溶液，再用匀胶机旋涂均匀；最后烘干后把基底放入反应腔内通入反应气体在一定温度条件下采用化学气相沉积法使碳纳米管阵列从基底上长出。本发明方法制备出的碳纳米管阵列表面干净平滑，表面密度高，工序简单，并且制备成本非常低，适合工业化量产。

技术领域

本发明涉及了一种制备阵列式碳纳米管的方法，尤其是涉及了一种使用溶液旋涂法作为催化剂的碳纳米管阵列制备方法。

背景技术

由于碳纳米管独特的电学和热学性质，其在纳米集成电路、单分子器件等领域有这广阔的应用前景。目前在实验室中制备碳纳米管的方法已经比较成熟，大面积碳纳米管阵列的合成也有了很大进展。但在需求低成本的大规模工业生产中，目前的制备方法仍有不足。

目前制备碳纳米管的主要方法主要有电弧放电法、脉冲激光蒸发法及化学气相沉积法等。但是这些制备方法主要存在以下几种缺点：(1)产量低，不适合工业生产；(2)成本高；(3)生长方向不好控制，难以在工业上应用。

其中固态催化剂通过磁控溅射或者电子束蒸发法制备，这大大提高了生产成本。使用液态催化剂多为使用二茂铁，液态催化剂很容易升华挥发，难以停留在基底表面。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种碳纳米管阵列的制备方法，其在基底上下两面同时生长，生长出的碳纳米管阵列表面干净平滑，与基底结合力强，且制备成本非常低。

本发明采用的技术方案是：

本发明方法包括以下步骤：将一平滑基底放入等离子体发生器中对平滑基底的表面用等离子体进行亲水处理；然后把基底取出后，在表面滴上配置后的催化剂溶液，再用匀胶机旋涂均匀；最后烘干后把基底放入反应腔内通入反应气体在一定温度条件下采用化学气相沉积法使碳纳米管阵列从基底上长出。

所述的平滑基底为硅片，对硅片表面亲水处理的等离子体功率为50W。

所述的催化剂溶液为氯化铁溶液，其浓度为0.8-1.2mol/L；旋涂过程为1000r/min，时间1分钟。

所述化学气相沉积法为等离子体化学气相沉积法，一定温度条件为580-620摄氏度温度，等离子体化学气相沉积法的等离子体功率为150W，等离子体化学气相沉积法的压强范围为300-330Pa。

所述的反应气体为碳源气与载气的混合气体，所述碳源气为乙炔，所述载气为氢气和氩气的混合气体。

所述气体流量分别为氩气200SCCM、氢气60SCCM、乙炔20SCCM。

所述的反应腔内通入反应气体，具体为：先往反应腔中通入200sccm的氩气，排出反应腔中的空气，然后开始升温并同时通入60sccm的氢气作为还原性气体，当温度达到温度580-620摄氏度后关闭氩气，通入20sccm的乙炔气体作为碳源气，同时打开等离子体。

本发明采用氯化亚铁溶液法旋涂的方法制备催化剂涂层后，使用等离子体化学气相沉积生长碳纳米管阵列。

本发明的有益效果是：

现有方法采用喷雾、溅射的方法提供催化剂源气或生长催化剂层，这些方法成本高，工序复杂。

与现有技术相比，本发明提供的制备碳纳米管阵列的方法工艺简单，碳纳米管阵列表面干净平滑，成本非常低，易于操作，且生长的碳纳米管阵列形貌质量与传统方法相近，适合大规模工业生产。

附图说明

图1-图2为实施例1制成的碳纳米管阵列在扫描电子显微镜下的SEM图；