CN101135625A - 碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其测量的碳纳米管阵列中碳纳米管间具有一定的间隙，该测量方法包括：提供一毫牛测力计，该测力计具有一个测力臂，该测力臂的末端固定一测力探针，该测力探针具有平整的测力端面；在测力探针的测力端面上涂覆一层粘性胶；以及将涂覆有粘性胶的测力端面逐渐靠近待测的碳纳米管阵列的表面并紧密接触，然后将测力探针逐渐拔离碳纳米管阵列表面，测力探针的测力端面将粘附一定数量的碳纳米管，通过测力计显示的力的数值以及拔出的碳纳米管的数量即可以得出碳纳米管阵列与其附着的基底的结合力大小。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法。
背景技术
碳纳米管是九十年代初才发现的一种新型一维纳米材料，其具有优良的综合力学性能，如高弹性模量、高杨氏模量和低密度，以及优异的电学性能、热学性能和吸附性能。由于碳纳米管具有理想的一维结构以及在力学、电学、热学等领域优良的性质，其在材料科学、化学、物理学等交叉学科领域已展现出广阔的应用前景，而形成在导电基底上的碳纳米管阵列因其中的碳纳米管排列整齐有序，更广泛应用在真空电子器件、场发射平板显示、热传导等诸多领域。
在碳纳米管阵列的实际应用中，尤其是在场发射领域的应用中，确保碳纳米管阵列与基底间具有足够的结合力是人们较为关注的问题。当碳纳米管阵列与基底间结合力较弱时，碳纳米管阵列与基底在使用中会导致短路、放电等不良问题从而使场发射失败。因此，在碳纳米管阵列的实际应用之前，为确保其与基底间具有足够的结合力，如何能够准确测量碳纳米管阵列与基底结合力的大小也是一个有待解决的问题。
目前，测量碳纳米管阵列与基底结合力的方法主要为采用原子力显微镜的测量方法和采用毫牛(mN)测力计的测量方法。
在采用原子力显微镜测量碳纳米管阵列与基底结合力时，每次仅能测量单根或少数几根的碳纳米管与基底间的结合力，测量效率较低；另外，因碳纳米管相互之间存在的范德华力，其对于测量值的影响较大，从而降低测量的准确度。
采用毫牛测力计测量碳纳米管阵列与基底结合力时，毫牛测力计自身会产生一定的噪音，同时，因碳纳米管相互之间存在的范德华力，毫牛测力计的测量信噪比较低，从而降低测量的准确度。
综上所述，确有必要提供一种克服以上缺点的测量碳纳米管阵列与基底结合力的方法。
发明内容
下面将以实施例说明一种碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，该测量方法可以提高测量的信噪比，同时，可以降低碳纳米管之间存在的范德华力对测量过程的影响，从而有效提高测量结果的准确度。
一种碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其测量的碳纳米管阵列中碳纳米管间具有一定的间隙，该测量方法包括：
提供一毫牛测力计，该测力计具有一个测力臂，该测力臂的末端固定一测力探针，该测力探针具有平整的测力端面；
在测力探针的测力端面上涂覆一层粘性胶；以及
将涂覆有粘性胶的测力端面逐渐靠近待测的碳纳米管阵列的表面并紧密接触，然后将测力探针逐渐拔离碳纳米管阵列表面，测力探针的测力端面将粘附一定数量的碳纳米管，通过测力计显示的力的数值以及拔出的碳纳米管的数量即可以得出碳纳米管阵列与其附着的基底的结合力大小。
所述的测力探针为细丝，细丝的末端面经过抛光处理作为平整光滑的测力端面。
所述的细丝末端的截面直径不小于200微米。
所述的测力探针为直径为500微米的钨丝。
所述的测力探针为条状体，其具有平整的末端面以作为测力端面且末端面的尺寸不小于150×150微米。
所述的测力探针为切成长条形状的硅片。
所述的测力探针通过粘性胶固定在所述的测力臂的末端。
所述的碳纳米管阵列包括多个呈矩形方阵形式排列的小单元，各单元之间具有间隙且各单元的截面尺寸约为50微米×50微米。
与现有技术相比，本发明的碳纳米管阵列与基底的测量方法中于测力计的测力臂末端设置一测力探针，该测力探针具有平整且截面积较大的测力端面，每次可以测量较多的碳纳米管，从而提高测量的信噪比；同时，本发明测量的碳纳米管阵列具有特定的间隙，该特定间隙可以降低碳纳米管之间的存在的范德华力对测量过程的影响，进而有效提高测量的准确度。
附图说明
图1是本发明实施例碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法的流程示意图。
图2是本发明实施例中所测的碳纳米管阵列的照片。
图3是图2中碳纳米管阵列的俯视的照片。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法。
请参考图1，本发明碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法主要包括以下几个步骤：
(一)提供一毫牛测力计，该测力计具有一个测力臂10，该测力臂10的末端固定一测力探针20，该测力探针20具有平整且截面积较大的测力端面(图中未标号)。
其中，测力探针20可以选用细丝，该细丝的末端面经过抛光处理从而平整光滑以作为测力端面。为了确保具有较大的截面积，该细丝末端的截面直径不小于200微米，例如，优选直径为500微米的钨丝作为测力探针20。测力探针20还可以选用条状体，该条状体应具有平整的末端面作为测力端面，为了确保具有较大的截面积，该测力端面的尺寸应不小于150×150微米，例如，优选切成长条形状的硅片作为测力探针20。
测力探针20固定在测力计的测力臂10上方法可以采用现有技术，优选地，可以采用粘性胶将测力探针20粘接在测力臂10上。
(二)在测力探针20的测力端面上涂覆一层粘性胶30。
(三)将涂覆有粘性胶30的测力端面逐渐靠近待测的碳纳米管阵列40的表面并紧密接触，然后将测力探针20逐渐拔离碳纳米管阵列40表面，测力探针20的测力端面将粘附一定数量的碳纳米管，通过测力计显示的力的数值以及拔出的碳纳米管的数量即可以得出碳纳米管阵列40与其附着的基底50的结合力大小。
其中，待测的碳纳米管阵列40具有特定的图样，从而使碳纳米管阵列40间具有特定的间隙，这样，碳纳米管阵列40中特定的间隙可以防止范德华力在测量过程中对测量精度的影响。碳纳米管阵列40的图样可以是任意规则的图形，为了确保测量的更高精度，本实施例中优选多个重复排列的小单元，例如呈矩形方阵形式排列的多个小单元。各单元之间具有间隙且各单元的设置与测力探针20的测力端面的尺寸相对应，例如，当测力探针20的测力端面的尺寸约为250微米×250微米或直径约为300微米时，碳纳米管阵列40中各单元的截面尺寸约为50微米×50微米(请参考图2和图3)。
碳纳米管阵列40可以预先通过化学气相沉积法、电弧放电法或激光蒸发法等现有的技术制备。本实施例中优选化学气相沉积法制备碳纳米管阵列，首先在基底上形成具有特定图案的催化剂，该催化剂的图案与所需要的碳纳米管阵列的图样相对应；然后在高温下通入碳源气以形成碳纳米管阵列。所述催化剂包括铁、镍、钴、钯等过渡金属。所述碳源气包括甲烷、乙烯、丙烯、乙炔、甲醇及乙醇等。
在计算碳纳米管阵列40与基底50结合力的大小时，力的数值可以由测力计直接读出，拔出的碳纳米管的数目以及面积可以在光学显微镜或电子扫描电镜下观察计算得到，因此单位面积的碳纳米管与基底结合力的大小可以计算得出，进而获得所测碳纳米管阵列40与基底50结合力的大小。
本发明的碳纳米管阵列与基底的测量方法中于测力计的测力臂末端设置一测力探针，该测力探针具有平整且截面积较大的测力端面，每次可以测量较多的碳纳米管，从而提高测量的信噪比；同时，本发明测量的碳纳米管阵列具有特定的间隙，该特定间隙可以降低碳纳米管之间的存在的范德华力对测量过程的影响，进而有效提高测量的准确度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (8)
1.一种碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其测量的碳纳米管阵列中碳纳米管间具有一定的间隙，该测量方法包括：
提供一毫牛测力计，该测力计具有一个测力臂，该测力臂的末端固定一测力探针，该测力探针具有平整的测力端面；
在测力探针的测力端面上涂覆一层粘性胶；以及
将涂覆有粘性胶的测力端面逐渐靠近待测的碳纳米管阵列的表面并紧密接触，然后将测力探针逐渐拔离碳纳米管阵列表面，测力探针的测力端面将粘附一定数量的碳纳米管，通过测力计显示的力的数值以及拔出的碳纳米管的数量即可以得出碳纳米管阵列与其附着的基底的结合力大小。
2.如权利要求1所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的测力探针为细丝，细丝的末端面经过抛光处理作为平整光滑的测力端面。
3.如权利要求2所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的细丝末端的截面直径不小于200微米。
4.如权利要求3所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的测力探针为直径为500微米的钨丝。
5.如权利要求1所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的测力探针为条状体，其具有平整的末端面以作为测力端面且末端面的尺寸不小于150×150微米。
6.如权利要求5所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的测力探针为切成长条形状的硅片。
7.如权利要求1所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的测力探针通过粘性胶固定在所述的测力臂的末端。
8.如权利要求1所述的碳纳米管阵列与基底结合力的测量方法，其特征在于，所述的碳纳米管阵列包括多个呈矩形方阵形式排列的小单元，各单元之间具有间隙且各单元的截面尺寸为50微米×50微米。
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