[发明专利]一种高密度碳纳米管阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管技术领域，特别涉及一种高密度碳纳米管阵列的制备方法。

背景技术

碳纳米管的发现，引领人们打开了纳米世界的大门，由于其特殊的结构以及优异的力、热、电性能，在材料科学、纳米电子学、生物学等方面有着十分广泛的应用前景，引起了广泛的科学研究。而垂直排列的碳纳米管阵列由于其高度取向、一致的长径比等优势，更有利于某些性能的发挥，在导热、导电、超强纤维、场发射等方面有着十分重要的工程意义。

当前，通常使用化学气相沉积法获得碳纳米管垂直阵列。化学气相沉积法采用含碳气体(比如乙烯、乙炔、甲烷、乙醇蒸汽等)作为碳源，利用电阻加热，在催化剂的作用下使其裂解成活性碳原子，在基底表面的催化剂中溶解、析出，从而形成碳纳米管垂直阵列。然而，化学气相沉积法直接生长的碳纳米管垂直阵列的密度有限，限制了在某些工程应用领域的应用。通过改变催化剂种类、厚度、碳源浓度、生长温度等参数，也只能实现较小范围内密度的调控，而且这些生长参数的改变，必定影响到碳管的质量和结构(壁数、管径、螺旋性，等等)。

目前，有研究人员首先采用化学气相沉积法生长碳纳米管垂直阵列，然后采用机械压缩碳纳米管阵列达到提高碳纳米管阵列的密度的目的，但是这种方法是通过减小碳纳米管阵列的面积来提高其密度，无法实现高密度碳纳米管阵列的制备；另外，采用机械力对碳纳米管阵列进行压缩，由于边缘处压缩量较大，中心部位压缩量相对较小，从而使得经机械压缩后得到的碳纳米管阵列从中心到边缘存在密度梯度，碳纳米管阵列的整体密度不均匀，影响了碳纳米管阵列的性能。

发明内容

本发明提供了一种高密度碳纳米管阵列的制备方法，用于获得密度分布均匀的高密度碳纳米管阵列。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种高密度碳纳米管阵列的制备方法，该方法步骤：

步骤101、在一基底的表面生长第一碳纳米管阵列；

步骤102、对所述第一碳纳米管阵列进行蒸汽收缩处理，使所述第一碳纳米管阵列中碳纳米管之间的间隙变小而形成多个孔洞，以使的所述基底的部分表面从所述孔洞裸露出来；

步骤103、在所述基底裸露出来的所述部分表面生长第二碳纳米管阵列；

步骤104、重复步骤102和步骤103使所述碳纳米管阵列中的碳纳米管之间的间隙不断变小,以获得所述高密度碳纳米管阵列。

结合第一方面，在第二种可能的实施方式下，步骤102中所述的进行蒸汽收缩处理的方法包括：将所述第一基底放置于盛有挥发性溶剂的容器上方，所述第一基底上生长有所述第一碳纳米管阵列，加热所述容器以使所述盛放在所述容器内的所述挥发性溶剂形成蒸汽，所述蒸汽使得所述第一碳纳米管阵列产生收缩。

结合第一方面，在第三种可能的实施方式下，步骤101所述的在一基底的表面生长第一碳纳米管阵列，具体包括下述步骤：

步骤1011、使用电子束沉积法在所述基底的表面生长氧化铝层，并在所述氧化铝层的表面生长铁催化剂或钴催化剂；

步骤1012、采用含碳气体作为碳源，通过加热时所述碳源裂解成活性炭原子，所述活性炭原子在所述铁催化剂或钴催化剂中溶解并析出，以形成所述第一碳纳米管阵列。

结合第一方面或者第一方面的第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式下，步骤103所述的在所述基底裸露出来的所述部分表面生长第二碳纳米管阵列，具体包括下述步骤：

步骤1031、使用电子束沉积法在所述基底裸露出来的所述部分表面生长氧化铝层，并在所述氧化铝层的表面生长铁催化剂或钴催化剂；

步骤1032、采用含碳气体作为碳源，通过加热时所述碳源裂解成活性炭原子，所述活性炭原子在所述铁催化剂或钴催化剂中溶解并析出，以形成所述第二碳纳米管阵列。

结合第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第三种可能的实施方式中的任一种实施方式，在第四种可能的实施方式下，所述挥发性溶剂选自丙酮、乙醇和水中的一种或多种。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第四种可能的实施方式中的任一种实施方式，在第五种可能的实施方式下，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

结合第一方面或者第一方面的第一种可能的实施方式至第一方面的第五种可能的实施方式中的任一种实施方式，在第六种可能的实施方式下，所述基底为金属基底或硅基底。