CN100482579C - 一种碳纳米管阵列处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米材料，特别涉及一种碳纳米管阵列处理方法。本发明中，在基底上形成一碳纳米管阵列；通过预定图形的模压装置对所述碳纳米管阵列压印；取下模压装置，形成具有相应图形的碳纳米管阵列。该方法工艺简单、成本较低、有利于大批量生产。

Description

一种碳纳米管阵列处理方法
【技术领域】
本发明涉及一种纳米材料，特别涉及一种碳纳米管阵列处理方法。
【背景技术】
碳纳米管是一种由碳原子组成的直径为纳米量级的管状物，是在1991年由日本科学家Iijima[Nature 354，56(1991)]在电弧放电的产物中首次发现的。碳纳米管的特殊结构决定了其具有高抗张强度和高度热稳定性。随着碳纳米管的长度、直径和螺旋方式的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半金属性。碳纳米管阵列的选择性定位和构筑具有特别重要的基础和应用研究价值，尤其是在场发射平板显示器、真空微电子源以及新型功能纳米器件等应用领域。所有这些应用都需要一种特殊的处理方法，使碳纳米管阵列具有均一的构型或周期性的排列。
就碳纳米管在场发射应用的性能而言，现有技术中，由于制备的碳纳米管阵列中各个碳纳米管之间的电场屏蔽效应比较大，所以其场发射本领与单根的碳纳米管相差很大。因此通常会引入各种后处理，比如激光处理、等离子体处理、化学处理等等，以减小电场屏蔽效应，降低场发射电压，改善场发射性能。
Zhao WJ，Kawakami N，Sawada A等人在Field Emission fromScreen-printed Carbon Nanotubes Irradiated by Tunable Ultraviolet Laser inDifferent Atmospheres(Journal of Vacuum Science & Technology B 21(4)：1734-1737 Jul-Aug 2003)中介绍了一种用紫外激光处理印刷碳纳米管发射体的方法。该方法以常用的有机胶将多层壁碳纳米管(Multiwalled CarbonNanotubes)通过丝网印刷(Screen Print)于铟锡氧化物(Indium-Tin-Oxide，ITO)或玻璃基板上；通过调节紫外激光波长、照射时间、能量密度以及在空气中或真空中对所述印刷于基板上的碳纳米管阵列进行处理。通过该方法处理得到的碳纳米管发射体的起始电压从3.2V/μm降到了1.2V/μm，场发射性能得到明显改善。
Kanazawa Y，Oyama T，Murakami K等人在Improvement in ElectronEmission from Carbon Nanotube Cathodes after Ar Plasma Treatment(Journal ofVacuum Science & Technology B 22(3)：1342-1344 May-Jun 2004)介绍了一种用氩等离子体处理碳纳米管发射体表面的方法。该方法以常用的有机胶将多层壁碳纳米管(Multiwalled Carbon Nanotubes)通过丝网印刷(Screen Print)于铟锡氧化物玻璃(Indium-Tin-Oxide Glass)基板上；将所述碳纳米管暴露于放电电压250伏(Volt)，射频功率60瓦(Watt)，压力40帕(Pa.)的氩等离子区，照射时间3到5分钟不等。处理后发射体的起始电压从3.3V/μm降到了1.7V/μm，场发射性能也得到明显改善。
但是，上述两种碳纳米管阵列的处理方法所需设备较为复杂和昂贵，且操作使用较为复杂，使得成本增加。
综上，提供一种能够降低碳纳米管之间屏蔽效应且形成过程简单、成本较低的碳纳米管阵列处理方法实为必要。
【发明内容】
为克服现有技术中碳纳米管阵列处理方法中图形阵列形成过程复杂及制作成本高的技术缺点，本发明提供一种能够降低碳纳米管之间屏蔽效应且形成过程简单、成本较低的碳纳米管阵列处理方法。
为实现上述目的，本发明提供一种碳纳米管阵列处理方法，包括以下步骤：在基底上形成一碳纳米管阵列；通过预定形状的模压装置对所述碳纳米管阵列压印；取下模压装置，形成相应形状的碳纳米管阵列。
与现有技术相比，本发明所提供的碳纳米管阵列处理方法有以下优点：所述碳纳米管阵列通过机械方法压印而成，工艺简单、成本较低、有利于大批量生产。
【附图说明】
图1至图4为本发明碳纳米管阵列处理工艺示意图。
图5是压印前CVD方法生长形成的碳纳米管阵列的SEM(ScanningElectron Microscope，扫描电子显微镜)图。
图6是第一实施例处理后的碳纳米管阵列的SEM图。
图7是第二实施例处理后的碳纳米管阵列的SEM图。
图8是第三实施例处理后的阴极场发射发光图。
图9是同一个碳纳米管阵列处理前后场发射性能增强的对比图。
【具体实施方式】
下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1至图4，本发明提供的碳纳米管阵列处理方法包括以下步骤：
1)提供一基底10并在基底上形成一碳纳米管阵列11；
2)选择预定图形的模压装置12对所述碳纳米管阵列11进行压印；
3)取下模压装置12，形成具有相应图形的碳纳米管阵列13。
所述基底10的材料包括玻璃、硅、金属或其氧化物。
所述形成碳纳米管阵列11的方法包括CVD法、沉积法或印刷法。
所述预定图形包括三角形、四边形、五边形、六边形等多边形或圆形或不规则图案形状。
所述模压装置12包括可形成预定图形的金属或非金属模压装置。
所述金属包括铁、铜、镍等金属或其合金。
所述非金属包括硅、氧化硅、碳化硅、金刚石、氧化铝或陶瓷等等。
所述金属模压装置形成方法包括光刻法或编织法。
所述非金属模压装置形成方法包括光刻法或深蚀刻法。
图5和图6分别是本发明第一实施例碳纳米管阵列处理前后的SEM图。
首先，通过CVD法在基底上形成碳纳米管阵列；其次，将光刻形成的金属网(四边形阵列)置于所述碳纳米管阵列表面；然后，用一平板压于所述金属网上，均匀施加压力；最后，取下平板及金属网，形成图6所示的四边形碳纳米管阵列。
图7是本发明第二实施例碳纳米管阵列处理后的SEM图。该实施例采用圆形阵列的模压装置对CVD法在基底上形成的碳纳米管阵列进行压印，其中，除模压装置的图形外，各条件均与第一实施例相同。
图8是本发明第三实施例碳纳米管阵列处理后的阴极场发射发光图。该实施例采用六边形阵列的模压装置对CVD法在基底上形成的碳纳米管阵列进行压印，其中，除模压装置的图形外，各条件均与第一实施例相同。从图8可以看出，处理后的碳纳米管阵列的场发射发光图形与处理图形一致。
请参阅图9，同一个碳纳米管阵列处理前后，电流密度到10μA/cm2时，处理前所需要的发射电压值101(即起始电压)为2.8V/μm，处理后所需要的发射电压值201降到了0.9V/μm，电流密度到10mA/cm2时，处理前所需要的发射电压值102(即阈值电压)为5.3V/μm，处理后所需要的发射电压值202降到了1.9V/μm。场发射性能有很大改善。
与现有技术相比，本发明所提供的碳纳米管阵列处理方法有以下优点：第一，所述碳纳米管阵列图形通过机械方法压印而成，成本较低、工艺简单、有利于大批量生产；第二，由于通过化学气相沉积法制备的碳纳米管阵列碳纳米管之间互相缠绕，可以互相限制，在处理后保持稳定的形状；当印刷法制备的碳纳米管层比较蓬松时，也可在处理后保持稳定的形状；第三，由于形成了图形形状，原来的碳纳米管阵列表面形成了分立的一个个碳纳米管阵列单元，屏蔽效应减弱；每个分立的碳纳米管阵列边缘都还有一些单根的碳纳米管伸出来，成为很有效的发射点，碳纳米管阵列场发射性能有很大改善。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其它各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种碳纳米管阵列处理方法，包括步骤：
一基底，其上形成一碳纳米管阵列；
通过预定图形的模压装置对所述碳纳米管阵列压印；
取下模压装置，形成具有相应图形的碳纳米管阵列。
2.如权利要求1所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述基底材料包括玻璃、硅、金属或其氧化物。
3.如权利要求1所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述形成碳纳米管阵列的方法包括沉积法或印刷法。
4.如权利要求1所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述预定图形包括三角形、四边形、五边形、六边形、圆形或不规则图案形状。
5.如权利要求1所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述模压装置包括金属模压装置或非金属模压装置。
6.如权利要求5所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述金属包括铁、铜、镍或其合金。
7.如权利要求5所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，非金属包括硅、氧化硅、碳化硅、金刚石、氧化铝或陶瓷。
8.如权利要求5所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述金属模压装置形成方法包括光刻法或编织法。
9.如权利要求5所述的碳纳米管阵列处理方法，其特征在于，所述非金属模压装置形成方法包括光刻法或深蚀刻法。
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