[发明专利]单壁碳纳米管的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管的生长方法，尤其涉及一种低温生长单壁碳纳米管的方法。

背景技术

单壁碳纳米管广泛应用在微电子、纳米器件、材料合成、储氢等许多领域。另外，由于单壁碳纳米管的埸发射域值电压大大低于多壁碳纳米管的埸发射域值电压，因此采用单壁碳纳米管作为埸发射阴极的埸发射器件，可以在较低的电压下工作，其功耗大大低于采用多壁碳纳米管作为埸发射阴极的埸发射器件。

目前，现有技术中生长单壁碳纳米管的方法主要有电弧法、激光蒸发法、太阳能法和催化热解法等。其中，比较适合大规模生长碳纳米管的方法为催化热解法，但是，该类催化热解法的反应温度普遍较高。

因此，确有必要提供一种低温生长单壁碳纳米管的方法。

发明内容

下面将以实施例说明一种单壁碳纳米管的生长方法，该生长方法可以在较低温度下进行。

一种单壁碳纳米管的生长方法，该生长方法主要包括以下步骤：

提供一基底；

在基底上形成一氧化铟锡电极，氧化铟锡电极的厚度为5纳米～100纳米；

在氧化铟锡电极上沉积一铝过渡层，铝过渡层的厚度为5纳米～40纳米；

在铝过渡层上沉积一催化剂层，催化剂层的厚度为3纳米～10纳米；

将沉积有催化剂层、铝过渡层和氧化铟锡电极的基底放置在空气中，在300℃～500℃下热处理10分钟～12小时，催化剂层经退火后形成氧化颗粒；

将基底放置在反应装置中，在反应装置内通入保护气体，在保护气体的保护下加热至640℃～900℃；以及

通入碳源气与保护气体的混合气体，加热至640℃～900℃反应30分钟～60分钟生长出单壁碳纳米管。

与现有技术相比，本发明的单壁碳纳米管的生长方法是在氧化铟锡电极和铝过渡层上直接生长，且生长温度较低。

附图说明

图1是本发明实施例单壁碳纳米管的生长方法的流程示意图。

图2是依据本发明实施例单壁碳纳米管的生长方法所得到的单壁碳纳米管的拉曼散射谱。

图3是依据本发明实施例单壁碳纳米管的生长方法得到的单壁碳纳米管的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)照片。

图4是图3中单壁碳纳米管的高分辨率的透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope，TEM)照片。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明实施例单壁碳纳米管的生长方法。

本发明实施例单壁碳纳米管的生长方法包括以下步骤：

(一)提供一个硅或二氧化硅材料的基底10，如硅基底、石英基底或者玻璃基底；

(二)在基底10上形成氧化铟锡电极20，其厚度为5纳米～100纳米；

氧化铟锡电极20可以通过光刻技术、电子束光刻技术结合反应离子刻蚀技术、干法刻蚀技术或者湿法刻蚀技术在基底10上形成，但不以此为限。

采用光刻技术形成氧化铟锡电极20的方法包括以下步骤：

首先将基底10置于真空腔内，以氧化锌(ZnOx)、铌酸锂(LiNbOx)、钛酸锂(LiTiOx)或者钽酸锂(LiTaOx)为溅镀靶材，以氩气(Ar)与氧气为溅镀气体，于该基底10的表面溅镀一个压电薄膜层，溅镀的方法可以为反应性直流溅镀(DC Reactive Sputtering)或反应性射频溅镀(RF Reactive Sputtering)，控制反应参数使得压电薄膜层的厚度约为0.02～5微米；在压电薄膜层表面涂覆一层光阻层；然后将一个光罩罩于光阻层表面，该光罩的图案与所需金属电极相对应；用雷射光或紫外光照射该光罩，在光阻表面形成一个曝光区；取下光罩后，将曝光的光阻层置于显影液内，去除曝光区的曝光光阻，露出部分压电薄膜层；接着利用溅镀法在剩余光阻和露出的部分压电薄膜层表面镀一层氧化铟锡层，氧化铟锡层的厚度约为5纳米～100纳米；洗去剩余光阻和附着在光阻上的金属膜层，剩余的氧化铟锡层即形成所需的氧化铟锡电极20。

采用湿法刻蚀技术形成氧化铟锡电极20的方法包括以下步骤：