CN102534544A - 纳米碳管复合材料及其制作方法 - Google Patents
纳米碳管复合材料及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102534544A CN102534544A CN2010106227345A CN201010622734A CN102534544A CN 102534544 A CN102534544 A CN 102534544A CN 2010106227345 A CN2010106227345 A CN 2010106227345A CN 201010622734 A CN201010622734 A CN 201010622734A CN 102534544 A CN102534544 A CN 102534544A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cnt
- matrix material
- substrate
- making method
- cnt matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 10
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title abstract 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title abstract 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 claims description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N ferrocene Chemical compound [Fe+2].C=1C=C[CH-]C=1.C=1C=C[CH-]C=1 KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001345 alkine derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明涉及一种纳米碳管复合材料及其制作方法，包括：提供一基板；形成一金属催化剂层于基板上；于一反应室中通入反应气体，并施加负偏压，以于基板上成长多个纳米碳管；及于反应室中施加正偏压，以于上述纳米碳管上成长纳米碳薄片。
Description
技术领域
本发明是涉及一种纳米碳管复合材料及其制作方法，特别是涉及一种具有高表面积的纳米碳管复合材料及其制作方法。
背景技术
纳米碳管于1991年被日本饭岛教授发现至今已将近20年，由于纳米碳管有质量轻、高强度、高韧性、可挠区、高表面积、表面曲度大、高导热度及具金属或半导体特性等优点，因此可作为各种电池、电容器、或传感器的电极材料。目前有关纳米碳管应用与研究仍快速的成长中。B.C.Satishkumar及L.P.Biro等人是利用碳原子在催化剂不同晶面的成长速度不同，制作出Y型纳米碳管，然而，此方法无法控制纳米碳管的数量和长度。Hao Yu及Y.Chai等人在气态中裂解催化剂二茂铁(ferrocene)成长过程中合成分支状纳米碳管，藉由气态中裂解的催化剂附着于纳米碳管的管壁上，形成纳米碳管的二次成长。然而，此方法仍难以控制纳米碳管的密度和长度。X.Sun等人在纳米碳管的管壁上镀一层催化剂，以两次成长的方式制作分支状碳管，然而，其对于纳米碳管的成长无法做精确的控制。
纳米碳管的表面积与其长度和直径成正比，若用在需要高表面积的纳米元件上，过长及直径过大的纳米碳管不适用于纳米尺度的元件。因此，需要一种纳米碳管及其制作方法，能在固定碳管长度及直径的条件下，控制纳米碳管的表面积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米碳管复合材料及其制作方法，能在固定碳管长度及直径的条件下，控制纳米碳管的表面积。
本发明提供一种纳米碳管复合材料的制作方法，包括：提供一基板；形成一金属催化剂层于基板上；于一反应室中通入反应气体，并施加负偏压，以于基板上成长多个纳米碳管；及于反应室中施加正偏压，以于上述纳米碳管上成长纳米碳薄片。
本发明提供一种纳米碳管复合材料，包括：一基板；多个纳米碳管，位于基板上；及多个纳米碳薄片，位于各纳米碳管上。
本发明的纳米碳管复合材料及其制作方法的优点在于：本发明在不需镀第二次催化剂的条件下，于纳米碳管侧壁形成纳米碳薄片，形成高表面积的纳米碳管；本发明能在固定碳管长度及直径的条件下，控制纳米碳管的表面积；本发明可调整电压大小及气体流量，控制纳米碳薄片的大小及密度，藉以控制纳米碳管结构的表面积。
为了让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1显示本发明一实施方式纳米碳管复合材料的制作方法的流程图；
图2A-图2C显示本发明一实施方式纳米碳管复合材料的制作方法各阶段的剖面图；
图3为本发明实施例中制得的纳米碳管的扫描式电子显微镜照片；
图4为本发明实施例中制得的纳米碳薄片的扫描式电子显微镜照片；
其中，主要元件符号说明：
202～基板； 203～金属催化剂层；
204～纳米碳管；206～纳米碳薄片。
具体实施方式
以下提供许多不同实施例或范例，以实行本发明各种不同实施方式的特征。以下将针对特定实施例的构成与制作方法作简要描述，当然，下列的描述仅是范例，非用来限定本发明。
本发明是利用改变电压的方式，在不需镀第二次催化剂的条件下，于纳米碳管侧壁形成纳米碳薄片，其薄片大小及密度及密度可以由电压大小及气体流量调整，藉以控制纳米碳管结构的表面积。
图1显示本发明一实施方式纳米碳管复合材料的制作方法的流程图。图2A-图2C显示本发明一实施方式纳米碳管复合材料的制作方法各阶段的剖面图。首先，请参照图1和图2A，进行步骤S102，提供一基板202，于基板202上形成金属催化剂层203。基板202的材料视产品的应用来决定。在本发明一实施例中，基板202可以为硅或碳布。金属催化剂层203可以为铁、钴或镍。形成金属催化剂层203的方法可以为溅镀、蒸镀、电镀或化学还原法。接着，执行步骤S104，进行等离子体还原处理，使金属催化剂层变成颗粒状的结构(未绘示)。在本发明一实施例中，等离子体还原处理可以为氢等离子体还原处理。后续，进行步骤S106，将基板202置入微波产生等离子体化学气相沉积系统，于反应室中通入反应气体，准备进行等离子体化学气相沉积形成纳米碳管。在本发明一实施例中，反应气体可以为含碳气体，例如烷类、烯类或炔类。接着，请参照图1和图2B，进行步骤S108，于工艺室中施加负偏压，并调整电压，于基板202上成长纳米碳管204。在本发明一实施例中，此步骤施加的负偏压为0～-300V，工作压力为1～30Torr，微波能量(micro wave)为50～500W，工艺时间为1～3600秒。后续，请参照图1和图2C，进行步骤S110，于工艺室中施加正偏压，并调整电压，于纳米碳管204侧壁形成纳米碳薄片206，其薄片大小及密度及密度可以由电压大小及气体流量调整，藉以控制纳米碳管204结构的表面积。在本发明一实施例中，此步骤施加的正偏压为0～300V，工作压力为1～30Torr，微波能量(micro wave)为50～500W，工艺时间为1～3600秒，反应气体甲烷(CH4)的流量为0～100sccm，反应气体氢气(H2)的流量为0～100sccm。
根据上述，本发明形成一种纳米碳管复合材料，包括一基板、多个纳米碳管，位于该基板上，及多个纳米碳薄片，位于各纳米碳管上。在本发明一实施例中，纳米碳薄片为一片状结构。
【实施例】
首先，提供一硅芯片，溅镀铁催化剂于硅芯片上，通入反应气体甲烷(CH4)和氢气(H2)，基础压力(base pressure)为10-3Torr，工作压力为10Torr，微波能量(micro wave)为300W，施加偏压(additive bias)为-150V，于硅芯片上成长纳米碳管(本实施例纳米碳管的扫描式电子显微镜照片请参照图3)，成长时间(growth time)为20分钟。
接着，将施加偏压(additive bias)切换为正偏压+150V，其它工艺条件则维持相同：反应气体为甲烷(CH4)和氢气(H2)，基础压力(base pressure)为10-3Torr，工作压力为10Torr，微波能量(micro wave)为300W，于纳米碳管上成长纳米碳薄片(本实施例纳米碳薄片的扫描式电子显微镜照片请参照图4)。
相较于已知技术，本发明实施例纳米碳管复合材料及其制作方法具有以下优点：1.本发明在不需镀第二次催化剂的条件下，于纳米碳管侧壁形成纳米碳薄片，形成高表面积的纳米碳管。2.本发明能在固定碳管长度及直径的条件下，控制纳米碳管的表面积。3.本发明可调整电压大小及气体流量，控制纳米碳薄片的大小及密度，藉以控制纳米碳管复合材料的表面积。4.本发明纳米碳管复合材料及其制作方法可应用于燃料电池(fuel cell)、敏化太阳能电池(dye sensitized solar cell，简称DSSC)、感应器(sensor)、超级电容器(supercapacitor)、场发射显示器(field emission display)等需高表面积材料的领域。
虽然本发明已揭露较佳实施例如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰。另外，本发明不特别限定于特定说明书中描述的实施例的装置和结构。熟悉本领域的人士可根据本发明说明书的揭示，进一步发展出与本发明大体上具有相同功能，或大体上可达成相同结果的装置和结构。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种纳米碳管复合材料的制作方法，包括：
提供一基板；
形成一金属催化剂层于该基板上；
于一反应室中通入反应气体，并施加负偏压，以于该基板上成长多个纳米碳管；及
于该反应室中施加正偏压，以于这些纳米碳管上成长纳米碳薄片。
2.如权利要求1所述的纳米碳管复合材料的制作方法，还包括进行氢等离子体还原处理步骤。
3.如权利要求1所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中施加的负偏压为0～-300V。
4.如权利要求1所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中施加的正偏压为0～300V。
5.如权利要求1所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中反应气体为甲烷和氢气。
6.如权利要求1所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中该基板为硅或碳布。
7.如权利要求1所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中该金属催化剂层为铁、钴或镍。
8.如权利要求5所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中甲烷的流量为0sccm～100sccm。
9.如权利要求5所述的纳米碳管复合材料的制作方法，其中氢气的流量为0sccm～100sccm。
10.一种纳米碳管复合材料，包括：
一基板；
多个纳米碳管，位于该基板上；及
多个纳米碳薄片，位于各纳米碳管上。
11.如权利要求10所述的纳米碳管复合材料在燃料电池、敏化太阳能电池、感应器、超级电容器或场发射显示器中的应用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW099143649 | 2010-12-14 | ||
| TW099143649A TW201223862A (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Carbon nanotube structure and fabrication thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102534544A true CN102534544A (zh) | 2012-07-04 |
Family
ID=46342541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010106227345A Pending CN102534544A (zh) | 2010-12-14 | 2010-12-30 | 纳米碳管复合材料及其制作方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102534544A (zh) |
| TW (1) | TW201223862A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107354446A (zh) * | 2017-07-01 | 2017-11-17 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种化学气相合成超薄碳纳米片的方法 |
| CN109680257A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-04-26 | 中国铝业股份有限公司 | 一种纳米材料的制备方法 |
| CN113564559A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-29 | 福州大学 | 一种CNTs@TC4复合粉末的快速原位制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1460638A (zh) * | 2003-06-11 | 2003-12-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 鳞状碳纳米管、制备方法和专用装置 |
| CN1472135A (zh) * | 2002-07-29 | 2004-02-04 | ����Sdi��ʽ���� | 用于燃料电池的碳纳米管及其制备方法以及采用它的燃料电池 |
| CN1915806A (zh) * | 2005-08-19 | 2007-02-21 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 碳纳米管制备装置及制备方法 |
-
2010
- 2010-12-14 TW TW099143649A patent/TW201223862A/zh unknown
- 2010-12-30 CN CN2010106227345A patent/CN102534544A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1472135A (zh) * | 2002-07-29 | 2004-02-04 | ����Sdi��ʽ���� | 用于燃料电池的碳纳米管及其制备方法以及采用它的燃料电池 |
| CN1460638A (zh) * | 2003-06-11 | 2003-12-10 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 鳞状碳纳米管、制备方法和专用装置 |
| CN1915806A (zh) * | 2005-08-19 | 2007-02-21 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 碳纳米管制备装置及制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HUAPING LIU 等: "Effects of the restructuring of Fe catalyst films on chemical vapor deposition of carbon nanotubes", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》 * |
| SUNG HOON LIM 等: "Controlled density of vertically aligned carbon nanotubes in a triode plasma chenmical vapor deposition system", 《THIN SOLID FILMS》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107354446A (zh) * | 2017-07-01 | 2017-11-17 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种化学气相合成超薄碳纳米片的方法 |
| CN107354446B (zh) * | 2017-07-01 | 2019-09-24 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种化学气相合成超薄碳纳米片的方法 |
| CN109680257A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-04-26 | 中国铝业股份有限公司 | 一种纳米材料的制备方法 |
| CN113564559A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-29 | 福州大学 | 一种CNTs@TC4复合粉末的快速原位制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201223862A (en) | 2012-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | Review of vertical graphene and its applications | |
| CN102358938B (zh) | 一种低温大面积可控合成具有优良场发射特性的单晶wo2和wo3纳米线阵列的方法 | |
| Song et al. | Direct versatile PECVD growth of graphene nanowalls on multiple substrates | |
| US20120082614A1 (en) | Aa stacked graphene-diamond hybrid material by high temperature treatment of diamond and the fabrication method thereof | |
| US8207658B2 (en) | Carbon nanotube growth on metallic substrate using vapor phase catalyst delivery | |
| US9708189B2 (en) | Carbon fiber film | |
| US9748581B2 (en) | Functionalized graphene-Pt composites for fuel cells and photoelectrochemical cells | |
| CN102220566A (zh) | 一种化学气相沉积制备单层和多层石墨烯的方法 | |
| TW201223774A (en) | Graphene-silicon-carbide-graphene nanosheets | |
| WO2008013309A1 (fr) | Nanoparoi de carbone à structure contrôlée et procédé de contrôle de la structure d'une nanoparoi de carbone | |
| CN103359718B (zh) | 石墨烯纳米窄带的制备方法 | |
| KR20100054555A (ko) | 단결정 게르마늄코발트 나노와이어, 게르마늄코발트 나노와이어 구조체, 및 이들의 제조방법 | |
| JP2009078956A (ja) | カーボンナノチューブ複合体、これを用いたエネルギーデバイス及びカーボンナノチューブ複合体の製造方法 | |
| CN110195257A (zh) | 一种多孔氮化钼单晶材料及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Structure and photoluminescence properties of carbon nanotip-vertical graphene nanohybrids | |
| CN102534544A (zh) | 纳米碳管复合材料及其制作方法 | |
| Zafar et al. | Plasma-based synthesis of graphene and applications: a focused review | |
| Oh et al. | Large-scale, single-oriented ZnO nanostructure on h-BN films for flexible inorganic UV sensors | |
| CN103824704B (zh) | 一种碳纳米管-石墨烯超级电容器复合电极材料的制备方法 | |
| Shi et al. | Three elements for the preparation of vertical graphene by RF-PECVD method | |
| Zhang et al. | Selective growth of stacking fault free⟨ 100⟩ nanowires on a polycrystalline substrate for energy conversion application | |
| JP6815016B2 (ja) | アモルファスカーボンナノ粒子の製造方法及びアモルファスカーボンナノ粒子 | |
| CN109248684A (zh) | 一种MWCNT@Cu复合催化剂及其制备方法和应用 | |
| Cai et al. | One-step synthesis of seamless graphene-carbon nanotube heterojunctions by chemical vapor deposition | |
| KR20160043797A (ko) | 그래핀 적층 구조체의 제조방법 및 이로 제조된 그래핀 적층 구조체 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120704 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |