[发明专利]一种具有手性选择性取向的单壁碳纳米管阵列及对其手性结构进行表征的方法

权利要求书

1.一种以石墨为基底且具有手性选择性取向的单壁碳纳米管阵列的制备方法，包括下述步骤：

1)制备表面具有规则刻痕的石墨基底；

2)将具有用于生长单壁碳纳米管的催化剂的基底与步骤1)中表面具有规则刻痕的石墨基底一并紧邻置于化学气相沉积系统中，利用气流定向法在所述石墨基底上生长单壁碳纳米管，得到石墨基底表面具有手性选择性取向的单壁碳纳米管阵列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中制备表面具有规则刻痕的石墨基底的具体方法如下：利用Scotch Tape机械剥离法在具有氧化层的硅基底表面制备不同层数的石墨，然后在所述石墨表面制备用于刻蚀石墨的催化剂，最后将石墨样品在化学气相沉积系统中进行刻蚀反应，得到具有规则刻痕的石墨基底。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述具有氧化层的硅基底中氧化层的厚度为100-1000nm；

所述Scotch Tape机械剥离法中采用的制备石墨的原料为Kish-石墨或高定向裂解石墨；

所述用于刻蚀石墨的催化剂为金属纳米颗粒或无机纳米粒子；所述金属纳米颗粒具体选自下述至少一种金属的纳米颗粒：Fe，Co，Ni，Cu，Mo，W，Ru，Rh和Pd，优选Fe，Co或Ni；所述无机纳米粒子具体为SiO₂无机纳米粒子；

所述在所述石墨表面制备用于刻蚀石墨的催化剂的方法为旋涂法、电子束蒸镀镀膜法或热蒸镀镀膜法，优选旋涂法；

所述刻蚀反应的反应气氛为Ar和H₂还原气氛，Ar的气体流量为50-500sccm，H₂的气体流量为50-500sccm，Ar与H₂的气体流量比为1∶0.5-1∶5；所述刻蚀反应的反应温度为600℃-1000℃；反应时间为15-60min。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中用于生长单壁碳纳米管的催化剂为金属纳米颗粒或无机纳米粒子；所述金属纳米颗粒具体选自下述至少一种金属的纳米颗粒：Fe，Co，Ni，Cu，Mo，W，Ru，Rh和Pd，优选Fe，Co或Ni；所述无机纳米粒子具体为SiO₂无机纳米粒子或纳米金刚石；

步骤2)中所述具有用于生长单壁碳纳米管的催化剂的基底中的基底为具有氧化层的Si基底、Si₃N₄或石英；

步骤2)中制备所述具有用于生长单壁碳纳米管的催化剂的基底的方法为微接触印刷法、旋涂法、电子束蒸镀镀膜法或热蒸镀镀膜法。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述具有用于生长单壁碳纳米管的催化剂处于基底上的边缘位置；所述具有用于生长单壁碳纳米管的催化剂的基底中与催化剂位置较近的一侧与所述石墨基底紧邻；

步骤2)中生长单壁碳纳米管所用的气体碳源为CH₄，C₂H₄或乙醇，优选乙醇；生长单壁碳纳米管的温度为900℃-1200℃；生长的时间为10-60min；

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括单壁碳纳米管生长结束降温的步骤；所述降温的过程为控制降温或自然降温；优选控制降温，即由生长温度降至700℃需用时40-100min。

7.权利要求1-6中任一项所述方法制备的以石墨为基底且具有手性选择性取向的单壁碳纳米管阵列。

8.一种对权利要求7所述的以石墨为基底且具有手性选择性取向的单壁碳纳米管阵列的手性角进行测量的方法，包括下述步骤：对所述以石墨为基底且具有手性选择性取向的单壁碳纳米管阵列中的石墨zigzag方向刻痕和单壁碳纳米管轴向间的夹角进行测定，若石墨zigzag方向刻痕和单壁碳纳米管轴向间的夹角为则单壁碳纳米管的手性角θ为若石墨zigzag方向刻痕和单壁碳纳米管轴向间的夹角为则单壁碳纳米管的手性角θ为