[发明专利]一种无缝焊接碳纳米管的方法

说明书

一种无缝焊接碳纳米管的方法，涉及碳纳米管。选取一根碳纳米管并利用大电流将其烧成两段，或者任意选取两根不同的碳纳米管；利用聚焦电子束，在碳纳米管端口的空隙处沉积无定形碳以连接两段碳纳米管；利用焦耳加热对连接后的整个结构进行退火，得到高度晶化且管壁连续的碳纳米管结构，实现碳纳米管的无缝焊接。对于碳纳米管的管径方向、管壁数、管径和手性均无要求，除了可以对器件中烧断的同一根碳管进行原位焊接修复之外，还适用于具有不同管径方向、管壁数、管径和手性的任意两根或多根碳纳米管之间的无缝焊接。

技术领域

本发明涉及碳纳米管，尤其是涉及一种无缝焊接碳纳米管的方法。

背景技术

微电子器件作为现代信息化和自动化的基础，在尺寸上是越做越小，未来向纳电子器件发展是一个很重要的趋势。随着芯片中器件集成度的提高，单个器件和连接引线的尺寸都将缩小。对于一些传统的金属引线(比如铜、铝等)，当尺寸小到一定程度时将面临一系列的挑战，散热问题和电致迁移作用会对连接引线造成破坏。碳纳米管由于其优异的性能，已经在相关领域受到了广泛关注。它本身的导热率很高，并且SP²碳-碳键可以有效的抑制电致迁移作用的破坏，使之可以承受比普通金属高三个数量级的电流密度。碳纳米管已经被研究人员作为FETs和连接引线等进行了很多相关的研究。由此可见，未来电子器件可能从“硅基”向“碳基”发展，进而可能发展成为“全碳”电子器件。

对于碳基或者全碳电子器件来说，碳纳米管之间的互连以及碳纳米管引线断裂后的修复将会是要面临的几大问题。目前针对碳纳米管连接的方法有电子束高温焊接[Terrones M,Banhart F,Grobert N,et al.Molecular junctions by joining single-walled carbon nanotubes[J].Physical review letters,2002,89(7):075505.]、电流加热焊接[Jin C,Suenaga K,Iijima S.Plumbing carbon nanotubes[J].NatureNanotechnology,2008,3(1):17.]、无定形碳式连接[Wang M S,Wang J Y,Chen Q,etal.Fabrication and electrical and mechanical properties of carbon nanotubeinterconnections[J].Advanced Functional Materials,2005,15(11):1825-1831.]、金属颗粒桥连式连接[Rodríguez‐Manzo J A,Wang M S,Banhart F,et al.Multibranchedjunctions of carbon nanotubes via cobalt particles[J].Advanced Materials,2009,21(44):4477-4482.]等，但都各有利弊。例如有些只适用于单壁或双壁碳纳米管、焊接简单粗糙、需要相应金属颗粒的辅助等等。

发明内容

本发明的目的在于提供不仅可适用于器件中同根碳纳米管烧断后的原位焊接修复，而且可适用于不同管径、管壁数、管径方向和手性的任意两根或多根碳纳米管之间的无缝焊接，具有广泛适用性的一种无缝焊接碳纳米管的方法。

本发明包括以下步骤：

1)选取一根碳纳米管并利用大电流将其烧成两段，或者任意选取两根不同的碳纳米管；

2)利用聚焦电子束，在碳纳米管端口的空隙处沉积无定形碳以连接两段碳纳米管；

3)利用焦耳加热对连接后的整个结构进行退火，得到高度晶化且管壁连续的碳纳米管结构，实现碳纳米管的无缝焊接。