[发明专利]电阻焊连接碳纳米管与金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管与金属连接方法。

背景技术

碳纳米管材料自从1991年被日本科学家饭岛发现以来，一直倍受广大研究工作者的 关注。因其具有奇特的电磁学性能、力学性能和化学性能，其在传感器、复合材料、超级 电容器等各个领域均已相对于传统材料表现出了优异的性能，体现出了自身独特的价值。

在微电子电路的微连接领域中，因其特殊的电子能带结构，波失被限定于轴向，量子 效应非常明显，研究发现单壁碳纳米管可以作为真正的量子导线，而金属性碳纳米管的导 电能力比金属界导电能力数一数二的铜还要高出两个数量级。然而，就目前的研究工作来 看，将碳纳米管作为量子导线应用于微电子电路中，最主要的困难就是实现碳纳米管与金 属之间高效可靠的连接。

因为碳纳米管是一维纳米材料，所以很多普通的宏观焊接方法，如电弧焊、钎焊等很 难在碳纳米管的连接上得到应用。

从现有的技术文献来看，碳纳米管连接方法往往都需要用到纳米级精巧的操控装置来 对单根的碳纳米管进行转移，转向以及将两根碳纳米管进行对准。然而这本身就存在两个 重要问题，一方面是连接效率低，每次只能实现一对碳纳米管的连接，另一方面是技术难 度大，连接条件要求苛刻，因此也就必然导致连接成本高。

发明内容

本发明要解决现有连接碳纳米管与金属方法存在连接效率低和控制难度大的技术问 题；而提供了电阻焊连接碳纳米管与金属的方法。

本发明电阻焊连接碳纳米管与金属的方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将导电基板的一面在800#、2000#和3000#金相砂纸上进行逐级抛光(一是 去掉氧化膜，增加其与碳纳米管的亲和性，二是改善表面光洁度，增大其与碳纳米管的接 触面积，利于牢固地将碳纳米管吸附在基板上)；

步骤二、将经抛光处理的导电基板放入容器中，其中抛光面向上，然后向容器中倒入 溶剂A，再加入碳纳米管，超声分散，静置至溶剂A完全挥发(碳纳米管可以均匀并比 较稳定地平铺在导电基板的表面)，再超声清洗(洗掉吸附不牢固的碳纳米管)后取出；

步骤三、将金属丝的待焊端竖直向下伸入腐蚀液的液面下2～3毫米后固定，然后静 置，待金属丝端部脱离腐蚀液表面，取下金属丝(金属丝的端部区域微观成针状)，其中 所述金属丝的直径为20～25μm；

步骤四、将步骤二处理的导电基板用导电胶固定在电阻焊机的阴极上，同时将经步骤 三处理的金属丝用导电胶固定在电阻焊机的阳极上，导电基板吸附有碳纳米管的一侧向 上，金属丝的待焊端向下，然后向电阻焊机通入保护介质后再控制金属丝向碳纳米管靠近 (或者直接控制金属丝向碳纳米管靠近)，并加以80～100V的电压，打火后金属丝回退， 然后放在溶剂B中用80～90W超声进行清洗30～60min；即实现了碳纳米管与金属的连接。

本发明的步骤二还可按下述步骤进行：将碳纳米管加入溶剂A后超声分散，然后逐 滴滴在经抛光处理的导电基板的抛光面上，干燥至溶剂完全挥发。

本发明采用将大量碳纳米管物理吸附在导电基板上来作为碳纳米管源的方法，在接过 程中只需要控制相对容易控制得多的金属丝和导电基板，克服了碳纳米管连接技术中控制 困难的问题；同时，在金属丝(阳极)与碳纳米管(阴极)相互靠近时，由于金属丝端部 的曲率极大，产生很强的电场，于是电场力克服碳纳米管与基板之间的吸附力，使碳纳米 管向金属丝的方向伸出并与达到能与金属丝接触的水平，进一步降低了金属丝与导电基板 之间距离的要求，从而提高了连接效率。

附图说明

图1是具体实施方式十九的碳纳米管在金丝端部连接的电镜扫描图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意 组合。

具体实施方式一：本实施方式中电阻焊连接碳纳米管与金属的方法是按下述步骤进行 的：

步骤一、将导电基板的一面在800#、2000#和3000#金相砂纸上进行逐级抛光；

步骤二、将经抛光处理的导电基板放入容器中，其中抛光面向上，然后向容器中倒入 溶剂A，再加入碳纳米管，超声分散，静置至溶剂A完全挥发，再超声清洗后取出；