[发明专利]以石墨烯为催化剂制备单壁碳纳米管的方法有效

专利信息
申请号: 202110430294.1 申请日: 2021-04-21
公开(公告)号: CN113213454B 公开(公告)日: 2022-06-24
发明(设计)人: 胡悦;张红杰;钱金杰;黄少铭 申请(专利权)人: 温州大学
主分类号: C01B32/162 分类号: C01B32/162;C01B32/159;C01B32/19
代理公司: 北京中建联合知识产权代理事务所(普通合伙) 11004 代理人: 周娓娓;晁璐松
地址: 325015 浙江省温州市瓯*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 石墨 催化剂 制备 单壁碳 纳米 方法
【说明书】:

发明公开了以石墨烯为催化剂制备单壁碳纳米管、全碳异质结的方法,步骤一,处理生长基底,步骤如下:s1,依次在超纯水、丙酮、乙醇、超纯水中超声清洗生长基底;s2,用高纯氮气吹干;s3,将清洗干净的基底放入马弗炉中,空气中高温退火,2 h升到900℃,在900℃恒温8 h,再10 h降温至300℃,自然降温冷却;步骤二,在处理好的生长基底上机械剥离石墨烯,层数为1‑10层;步骤三,在沉积有石墨烯的基底上生长碳纳米管,在化学气相沉积系统中通入氢气和碳源进行进行单壁碳纳米管的生长;步骤四,按照如下制备流程将本发明提供的全碳异质结做成场效应晶体管器件。单壁碳纳米管的过程中不含有金属,可用于制备性能稳定的场效应晶体管器件。

技术领域

本发明涉及单壁碳纳米管制备领域,特别是以石墨烯为催化剂制备单壁碳纳米管的方法。

背景技术

单壁碳纳米管(SWNTs),全部由碳原子构成,几何结构可以视为由单层石墨烯卷曲而成,结构决定性质,因此单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能。同时按卷曲结构分,单壁碳纳米管具有扶手椅型、锯齿型和手性三种;按电子结构分,单壁碳纳米管具有半导体型和金属型(包括准金属型和金属型)。

SWNTs在电子学、光学电子学、传感器、药物输送、催化剂支撑、复合材料等方面具有巨大的潜在应用价值。理论和实验研究表明,通过有意识地选择催化剂,可以在一定程度上实现SWNTs的可控合成。

目前,已经开发了多种金属催化剂制备可控制备单壁碳纳米管,如Fe、Co、Ni、Au、Ag、Cu和Al及其合金等。然而,SWNTs产品中的金属种类残留对导致SWNTs的内在性质表征(如化学、电子和磁性、热稳定性和毒性)和应用探索(如催化剂支撑、生物学和医学)都存在明显的不利因素。这些金属颗粒残留对基于SWNT的电子器件的也有诸多不利影响。因此在应用前通常需要耗时和广泛的后处理工作。但到目前为止,如何从SWNTs样品中完全去除金属催化剂而不引入缺陷和污染一直是一个难以解决的问题。因此,利用非金属催化剂制备单壁碳纳米管是亟需的。

利用非金属催化剂SiC制备半导体性单壁碳纳米管。以离子溅射方法获得的碳化硅纳米颗粒为催化剂,利用预处理过程中催化剂表面原子的微量自身分解形成碳帽,再利用氢气的刻蚀性作用去除高活性金属性碳帽,实现了不含金属杂质的半导体性富集单壁碳纳米管的可控生长。

上述现有技术存在的主要问题是:使用金属催化剂生长单壁碳纳米管会有金属残留,影响后续器件的性能。

发明内容

本发明的目的是提供以石墨烯为催化剂制备单壁碳纳米管的方法,要解决金属催化剂生长单壁碳纳米管会有金属残留,影响后续器件的性能的技术问题。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:本发明提供以石墨烯为催化剂制备单壁碳纳米管的方法,

步骤一,处理生长基底,步骤如下:

s1,依次在超纯水、丙酮、乙醇、超纯水中超声清洗生长基底;

s 2,用高纯氮气吹干;

s 3,将清洗干净的基底放入马弗炉中,空气中高温退火,2 h 升到 900 ℃,在900 ℃ 恒温 8 h,再10 h降温至 300 ℃,自然降温冷却;

步骤二,在处理好的生长基底上机械剥离石墨烯,层数为1-10层;

步骤三,在沉积有石墨烯的基底上生长碳纳米管,在化学气相沉积系统中通入氢气和碳源进行进行单壁碳纳米管的生长;

步骤四,按照如下制备流程将本发明提供的全碳异质结做成场效应晶体管器件。

进一步,步骤一中,所述生长基底为 SiO2/Si或者ST-cut石英或者r-cut石英或者a面α氧化铝或者r面α氧化铝或者氧化镁。

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