CN105197875A - 图案化碳纳米管阵列的制备方法及碳纳米管器件 - Google Patents

图案化碳纳米管阵列的制备方法及碳纳米管器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种图案化碳纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：提供一转移至代替基底表面的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列靠近该代替基底的表面为第二表面，远离该代替基底的表面为第一表面，该碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管结构包括多个首尾相连的碳纳米管；通过在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列划分为两部分，分别为保留区域和去除区域；以及通过从该去除区域拉取碳纳米管结构的方式去除该去除区域中的碳纳米管，并保留该保留区域的碳纳米管。本发明还提供一种碳纳米管器件。

Description

图案化碳纳米管阵列的制备方法及碳纳米管器件
技术领域
本发明涉及一种图案化碳纳米管阵列的制备方法及碳纳米管器件。
背景技术
碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的中空管状物，沿轴向具有优异的力学、热学及电学性质，因此具有广阔的应用领域。通过化学气相沉积(CVD)法生长碳纳米管阵列，可以使碳纳米管基本沿垂直于生长基底表面的方向排列，有利于发挥碳纳米管沿轴向的各种性质。例如将碳纳米管阵列设置在发热元件与散热器之间可以迅速的将发热元件的热量传导至散热器。另外，可以直接将碳纳米管阵列作为导电元件应用于集成电路中。如果能够对碳纳米管阵列进行图案化，则可以获得所需形状的器件。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种图案化碳纳米管阵列的制备方法及碳纳米管器件。
一种图案化碳纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：提供一转移至代替基底表面的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列靠近该代替基底的表面为第二表面，远离该代替基底的表面为第一表面，该碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管结构包括多个首尾相连的碳纳米管；通过在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列划分为两部分，分别为保留区域和去除区域；以及通过从该去除区域拉取碳纳米管结构的方式去除该去除区域中的碳纳米管，并保留该保留区域的碳纳米管。
一种碳纳米管器件，包括本体及设置在该本体表面的图案化碳纳米管阵列，该图案化碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该本体为印刷线路板、集成电路板、处理器或散热器。
相较于现有技术，本发明通过将碳纳米管阵列转移至需要设置碳纳米管阵列的基底，并保持该碳纳米管阵列仍具有能够拉取碳纳米管结构的性能，通过拉取碳纳米管结构的方式去除碳纳米管阵列中的部分碳纳米管，从而形成图案化碳纳米管阵列。
附图说明
图1为本发明施例提供的图案化碳纳米管阵列的制备方法的侧视示意图。
图2为本发明施例提供的图案化碳纳米管阵列的制备方法的俯视示意图。
图3为本发明一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图4为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图5为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管膜的结构示意图。
图6为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图7为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图8为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图9为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图10为本发明实施例提供的碳纳米管器件的侧视示意图。
主要元件符号说明
碳纳米管阵列 10
保留区域 12
去除区域 14
第一表面 102
第二表面 104
刻蚀槽 106
生长基底 20
间隔装置 22
生长基底的表面 202
代替基底 30
代替基底的表面 302
微结构 304
碳纳米管结构 40
拉取工具 50
液态介质 60
固态介质 60’
低温箱 70
碳纳米管器件 80
图案化碳纳米管阵列 82
本体 84
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具有图案化碳纳米管阵列的制备方法及碳纳米管器件作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2，本发明提供一种图案化碳纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供一转移至代替基底30表面的碳纳米管阵列10，该碳纳米管阵列10靠近该代替基底30的表面为第二表面104，远离该代替基底30的表面为第一表面102，该碳纳米管阵列10的形态能够使得一碳纳米管结构40可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出，该碳纳米管结构40包括多个首尾相连的碳纳米管；
S2，通过在碳纳米管阵列10的该第一表面102进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列10划分为两部分，分别为保留区域12和去除区域14；以及
S3，通过从该去除区域14拉取碳纳米管结构40的方式去除该去除区域14中的碳纳米管，并保留该保留区域12的碳纳米管。
该碳纳米管结构40包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华力相互结合并首尾相连形成的宏观结构。
【碳纳米管阵列的转移】
请参阅图3，在该步骤S1中，该碳纳米管阵列10通过如下步骤转移至该代替基底30：
S11，提供一代替基底30及一生长基底20，该生长基底20的表面202具有碳纳米管阵列10，该碳纳米管阵列10的形态能够使得一碳纳米管结构40可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出；
S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30的表面302，并保持该碳纳米管阵列10的形态仍能够使该碳纳米管结构40从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。
首先对生长于该生长基底20且能够从中拉取碳纳米管结构40的碳纳米管阵列10进行介绍。
该碳纳米管阵列10为通过化学气相沉积的方法生长在该生长基底20的表面202。该碳纳米管阵列10中的碳纳米管基本彼此平行且垂直于生长基底20表面202，相邻的碳纳米管之间相互接触并通过范德华力相结合。通过控制生长条件，该碳纳米管阵列10中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。由于基本不含杂质且碳纳米管相互间紧密接触，相邻的碳纳米管之间具有较大的范德华力，足以使在拉取一些碳纳米管（碳纳米管片段）时，能够使相邻的碳纳米管通过范德华力的作用被首尾相连，连续不断的拉出，由此形成连续的自支撑的宏观膜状结构，即碳纳米管结构40。这种能够使碳纳米管首尾相连的从其中拉出的碳纳米管阵列10也称为超顺排碳纳米管阵列10。该生长基底20的材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长超顺排碳纳米管阵列10的基底。
从碳纳米管阵列10中连续地拉出的该碳纳米管结构40包括多个首尾相连的碳纳米管。更为具体的，该碳纳米管结构40为可以实现自支撑的碳纳米管结构40，该碳纳米管结构40包括多个基本沿相同方向排列的碳纳米管。该碳纳米管结构40可以是一碳纳米管膜或碳纳米管线。请参阅图4及图5，在该碳纳米管结构40中碳纳米管为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管结构40中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于该碳纳米管结构40的表面。进一步地，所述碳纳米管结构40中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管结构40中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，从而使该碳纳米管结构40能够实现自支撑。当然，所述碳纳米管结构40中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管结构40中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。进一步地，所述碳纳米管结构40可包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。另外，所述碳纳米管结构40中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管结构40的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触而部分分离的情况。实际上，该碳纳米管结构40具有较多间隙，即相邻的碳纳米管之间具有间隙，使该碳纳米管结构40可以具有较好的透明度。然而，相邻碳纳米管之间接触的部分以及首尾相连的碳纳米管之间连接的部分的范德华力已经足够维持该碳纳米管结构40整体的自支持性。该碳纳米管结构40的厚度约为0.5纳米至100微米，优选为0.5纳米至10微米。
所述自支撑是该碳纳米管结构40不需要大面积的载体支撑，而只要一边或相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状或线状，即将该碳纳米管结构40置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管结构40能够悬空保持自身膜状或线状。所述自支撑主要通过碳纳米管结构40中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
所述能够从中拉取碳纳米管结构40的碳纳米管阵列10的制备方法已为众多前案公开，例如可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。
该代替基底30为固态，具有一表面302，作为设置该碳纳米管阵列10的表面。该代替基底30可以为硬质基底或柔性基底，如金属、玻璃、石英、硅、二氧化硅、塑料或树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在优选的实施例中，该代替基底30为弹性基底。将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30的表面302这一过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，得以在转移至该代替基底30后，仍能够使该碳纳米管结构40从中连续地拉出为准，也就是仍保持为一超顺排碳纳米管阵列。
在保持该碳纳米管阵列10的形态的前提下，当该碳纳米管阵列10转移至该代替基底30后，该碳纳米管阵列10倒立设置于该代替基底30表面302。也就是该碳纳米管阵列10包括一第一表面102及与该第一表面102相对的第二表面104。碳纳米管从生长基底20的表面202长出，形成碳纳米管阵列10，碳纳米管靠近该生长基底20的一端为底端，远离生长基底20的一端为顶端。在该生长基底20上，该第一表面102由该碳纳米管阵列10中所有碳纳米管的底端共同形成，该第二表面104由该碳纳米管阵列10中所有碳纳米管的顶端共同形成，该碳纳米管阵列10的第一表面102靠近或设置在该生长基底20的表面202，为碳纳米管阵列10的生长底端，该第二表面104为远离该生长基底20的表面，为碳纳米管阵列10的生长顶端。当该碳纳米管阵列10转移至该代替基底30后，该碳纳米管阵列10的第二表面104靠近或设置在该代替基底30的表面302，该第一表面102为远离该代替基底30的表面302。
在一实施例中，所述步骤S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30的步骤可以包括以下步骤：
A121，将该代替基底30的表面302接触该碳纳米管阵列10远离该生长基底20的该第二表面104；以及
A122，通过移动该代替基底30与该生长基底20中的至少一方，使该代替基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该代替基底30。
所述步骤A121及A122可以在常温下进行。在该步骤A121及A122中，应保持该碳纳米管阵列10的形态仍能够使该碳纳米管结构40可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。为了使碳纳米管阵列10在转移至该代替基底30后，仍然能够拉取碳纳米管结构40，该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间可以仅通过范德华力结合，并且使该代替基底30与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)小于该碳纳米管阵列10中碳纳米管间的范德华力(FCC)。然而，该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)应大于该生长基底20的表面202与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FAC)，才能使该碳纳米管阵列10可以从该生长基底20分离，转移至该代替基底30，即FAC<FBC<FCC。在该转移过程中，该代替基底30的表面302仅通过与碳纳米管阵列10的第二表面104之间仅通过接触产生的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10与生长基底20分离。为了使FAC<FBC<FCC，该代替基底30的表面可以具有合适的表面能，并且该代替基底30的表面与该碳纳米管阵列10之间可以具有合适的界面能，从而可以使代替基底30能够仅通过接触即与该碳纳米管阵列10之间产生足够的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10能够从生长基底20上拉离。因此，通过选择合适的材料制造该代替基底30，至少是作为该代替基底30的表面，可以使该代替基底30仅通过与碳纳米管阵列10的第二表面104之间的接触产生的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10与生长基底20分离。该代替基底30的表面302可以为一平整表面。在一实施例中，该代替基底30的材料为PDMS。
如图6所示，在一实施例中，为了提高该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)，使FAC<FBC<FCC，可以在该代替基底30的表面302设置多个微结构304，从而增大该表面302的表面积，从而在代替基底30材料不变的条件下提高该结合力(FBC)。该微结构304可以为在该代替基底30表面302的凸起或凹陷，该微结构304的形状可以是半球形、矩形、锥形、齿形、台阶形，或其它形状。该微结构304可以是点状或线状，另外也可以是片状。在一实施例中，该微结构304为相互平行并间隔设置的槽体结构。在另一实施例中，该微结构304为相互间隔并均匀分布的半球形凸起。优选地，大量的微结构304均匀分布在该代替基底30的表面302上。更为优选地，该微结构304的数量使该代替基底30的表面302的表面积比平滑表面增加30%~120%。该代替基底30具有微结构304的表面302充分的与该碳纳米管阵列10接触，通过该微结构304的设置，可以使该表面304具有较大的吸附力，以提高FBC。因此，该代替基底30并不限于采用PDMS，也可以是常规基底材料，如硅、玻璃、陶瓷、二氧化硅、石英、金属、塑料或橡胶。本实施例中，该代替基底30为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
该凸出的微结构304的高度或该凹陷的微结构304的深度优选为碳纳米管阵列10高度的0.5%~10%，更优选为5微米~100微米，也就是该表面302仍需要具有一定的平整度，以避免该碳纳米管阵列10设置在该代替基底30的表面302时难以与该表面302充分接触。该微结构304可以通过光刻、激光刻蚀或化学刻蚀等方法获得。
通过在该代替基底30表面设置该微结构304，通过增大表面积的方式提高代替基底30与碳纳米管阵列10之间的结合力，拓宽了代替基底30的材料的选择范围。
可以理解，该代替基底30并非通过粘结剂粘附该碳纳米管阵列10，通过普通的粘结剂虽然能够使FAC<FBC，而使碳纳米管阵列10能够脱离该生长基底20，但由于碳纳米管阵列10中碳纳米管间的范德华力极小，因此几乎任何传统意义上的粘结剂均会造成FBC>FCC，使后续的拉取碳纳米管结构40的步骤无法进行。可以理解，在该步骤A121~A122中，该代替基底30始终保持固态。
在该步骤A121中，为了使该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管的顶端得到充分的接触，可以通过该代替基底30轻微的对该碳纳米管阵列10施加压力。然而该代替基底30并非是将该碳纳米管阵列10中的碳纳米管压倒，否则将改变碳纳米管阵列10的形态，使其无法再进行拉膜或拉线。
可以理解，由于该代替基底30的微结构304在该表面302所产生的高度差，当该表面302的凹陷处与该碳纳米管阵列10的第二表面104接触时，在该表面302的凸出处可能会对与之接触的碳纳米管产生压力，使该碳纳米管阵列10中原本直立的碳纳米管产生微小的弯曲，然而由于该微结构304具有较小的高度，该碳纳米管的弯曲程度较小，当将该代替基底30与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10仍能弹性回复原有的高度，并保持能够拉取碳纳米管结构40的形态。
请参阅图7，在一实施例中，可以在该代替基底30与该生长基底20之间设置一间隔装置22，通过该间隔装置22保持该代替基底30的表面302与该生长基底20的表面202之间的间隔距离不致过小，避免使碳纳米管阵列10被压倒。该间隔装置22在该代替基底与该生长基底之间的高度小于或等于该碳纳米管阵列10的高度，使该间隔装置22与该碳纳米管阵列10之间具有一高度差(z)，并且，该间隔装置22的高度大于使碳纳米管阵列10压倒至无法保持能够拉取碳纳米管结构40的形态的该极限距离。在该步骤A121中，该间隔装置22与该碳纳米管阵列10均设置在该代替基底30与该生长基底20之间。
该间隔装置22为固态，优选为刚性元件，在该代替基底30的表面与该生长基底20之间提供一支撑，通过控制该间隔装置22的高度即可方便的保持该代替基底30与该生长基底20之间的精确距离。该间隔装置22的高度(m)可以为该碳纳米管阵列10的高度(n)的0.9倍~1倍，即m为0.9n~1n。
可以理解，当该间隔装置22的高度小于该碳纳米管阵列10的高度时，该代替基底30可能会使该碳纳米管阵列10中原本直立的碳纳米管产生微小的弯曲，然而由于具有该间隔装置22，该弯曲程度较小，当将该代替基底30与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10仍能弹性回复原有的高度，并保持能够拉取碳纳米管结构40的形态。
该间隔装置22可以设置在该生长基底20上。在另一实施例中，该间隔装置22也可以设置在该代替基底30上。另外，该间隔装置22也可以是代替基底30的一部分，即从该代替基底30表面上凸出的结构。该间隔装置22的形状不限，可以是块状、片状、柱状或球形，只要具有一合适的高度即可。该间隔装置22可以为多个，均匀分布在该碳纳米管阵列10的外围，从而为该生长基底20与该代替基底30之间提供稳定的间隔。在一实施例中，该间隔装置22为一圆环形垫圈，设置在该碳纳米管阵列10之外。在另一实施例中，该间隔装置22为多个圆柱形垫片，均匀分布在该碳纳米管阵列10的外围。
可以理解，该间隔装置22既适用于代替基底30的表面302没有微结构304的实施例中，也可以适用于代替基底30的表面302有微结构304的实施例中。本发明的实施例之间可相互任意组合。
在该步骤A122中，在使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管优选为同时脱离该生长基底20，也就是该代替基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该代替基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
在该步骤A121~A122中，该碳纳米管阵列10先受到朝向该生长基底20方向的压力，再受到朝向该代替基底30的拉力。
请参阅图8，在另一实施例中，所述步骤S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底转移至该代替基底30的步骤可以包括以下步骤：
B121，将该代替基底30设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104，并使该代替基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间具有液态介质60；
B122，使位于该代替基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间的液态介质60固化变为固态介质60’；
B123，通过移动该代替基底30与该生长基底20中的至少一方，使该代替基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该代替基底30；以及
B124，通过升温去除位于该代替基底30与该碳纳米管阵列10之间的固态介质60’。
在该步骤B124中，去除固态介质60’后该碳纳米管阵列10维持该形态使该碳纳米管结构40仍能够从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。
在该步骤B121中，该液态介质60可以以细微的液滴或液膜的形态设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104上。该液态介质60可以为水或低分子量有机溶剂，如乙醇、丙酮或甲醇，该液态介质60的量应较小，避免渗入碳纳米管阵列10的内部对碳纳米管阵列的形态造成影响。优选地，该液态介质60选择为不与碳纳米管润湿的液体，如水。该碳纳米管阵列10的第二表面104的液态介质60的液滴的直径以及液膜的厚度可以分别为10纳米~300微米。该代替基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104分别与中间的液态介质60接触。可以理解，在该步骤B121中仍然保持该碳纳米管阵列10的形态为能够使碳纳米管结构40从中连续地拉出，该代替基底30尽量不对该碳纳米管阵列10施加压力，即使施加压力，该压力也应较小，控制在不时碳纳米管阵列10的形态发生改变而无法连续地拉出碳纳米管结构40为准，例如不使碳纳米管阵列10中的碳纳米管发生倾倒。
在一实施例中，该步骤B121可以包括以下步骤：在该碳纳米管阵列10的第二表面104形成一层液态介质60；以及将该代替基底30的表面接触该具有液态介质60的第二表面104。具体可以将液态介质60形成液滴或雾化，喷洒在该碳纳米管阵列10的该第二表面104，也就是在该生长基底20的碳纳米管阵列10的顶面。
在另一实施例中，该步骤B121可以包括以下步骤：在该代替基底30的表面形成一层液态介质60；以及将该代替基底30具有液态介质60的表面接触该碳纳米管阵列10的第二表面104。具体地，可以将液态介质60形成液滴或雾化，喷洒在该代替基底30的表面。
在该步骤B122中，位于该代替基底30与碳纳米管阵列10之间的液态介质60固化变成固态介质60’，具体可以使通过降温至该固态介质60的凝固点以下，由于该代替基底30与碳纳米管阵列10均与液态介质60接触，液态介质60固化后将该代替基底30与碳纳米管阵列10较为牢固的结合在一起。为使结合更为牢固，该代替基底30的材料优选为与该液态介质60润湿。
具体地，在一实施例中，可以将该代替基底30、液态介质60、碳纳米管阵列10及生长基底20的层叠结构放入低温箱70中降温至凝固点以下。该低温箱70可以为冰箱的冷冻室。
请参阅图9，在另一实施例中，当该步骤B121中将液态介质60设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104时，在该步骤B122中可以先将代替基底30的温度降至凝固点以下，再将具有凝固点以下温度的代替基底30接触该碳纳米管阵列10具有液态介质60的第二表面104。例如可以先将该代替基底30在低温箱70中凝固点以下放置一段时间再取出。该代替基底30的温度可以直接使该第二表面104的液态介质60变为固态介质60’，而无需将该层叠结构再放入低温箱70。
在该步骤B123中，该碳纳米管阵列10通过与该代替基底30的结合与该生长基底20分离。优选地，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管同时脱离该生长基底20，也就是该代替基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该代替基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
在该步骤B124中，该升温步骤可以使固态介质60’融化成液态介质60并干燥或直接将该固态介质60’升华，从而得到去除。该去除过程不影响该碳纳米管阵列10的形态。由于固态介质60’的厚度较小，去除后碳纳米管阵列10直接与该代替基底30的表面接触并通过范德华力结合。
可以理解，在上述步骤B121~B124的整个过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，以使在去除固态介质60’后该碳纳米管结构40仍能从该碳纳米管阵列10中连续地拉出为准。
本实施例在转移的过程中通过固态介质60’增强碳纳米管阵列10与代替基底30之间的结合力，使碳纳米管阵列10可以与该生长基底20分离，并在拉取碳纳米管结构40前将固态介质60’去除，使碳纳米管阵列10与代替基底30之间的结合力减小到可以使碳纳米管结构40从中连续地拉出。因此该代替基底60的材料不限，可以为常见的刚性基底或弹性基底。
【碳纳米管阵列的图案化】
请看回图1及图2，该步骤S2进一步包括：通过激光刻蚀在该碳纳米管阵列10的第一表面102形成刻蚀槽106。聚焦的激光束照射在该碳纳米管阵列10的第一表面102，碳纳米管被激光照射后温度升高，空气中的氧气会氧化激光照射到的碳纳米管，使被激光照射的碳纳米管烧毁，从而去除该部分碳纳米管。该激光束的扫描路线可预先由电脑设定，从而得到精确控制，在碳纳米管阵列10的第一表面102形成复杂的刻蚀图案。所用的激光束的功率可以为2瓦~50瓦，激光扫描速度可以为0.1毫米/秒~10000毫米/秒，所述激光束的宽度可以为1微米~400微米。本实施例中，该激光束通过YAG激光器发射，波长为1.06微米，功率为3.6瓦，激光扫描速度为100毫米/秒。
该刻蚀槽106的深度可以小于或等于该碳纳米管阵列10的高度，优选为0.5微米~10微米。该刻蚀槽106的宽度最小可以为1微米。该刻蚀槽106的宽度和深度主要保证有效分离保留区域12和去除区域14中的碳纳米管，降低碳纳米管之间的范德华力，从而在后续拉取去除区域14中的碳纳米管时不致使保留区域12中的碳纳米管也被拉出。
该刻蚀槽106的长度可以较长，在该碳纳米管阵列10的第一表面102形成线状图案，划分出保留区域12和去除区域14。优选地，该保留区域12与该去除区域14可通过该刻蚀槽106完全分离，即该保留区域12和去除区域14均为闭合的区域。当然，也可通过控制拉取碳纳米管结构40的角度终止碳纳米管结构40的拉取，因此该保留区域12与该去除区域14也可为不闭合区域。
在该步骤S3中，由于该被转移至代替基底30上的碳纳米管阵列10中仍可以拉取获得碳纳米管结构40，因此可以通过从该去除区域14拉取碳纳米管结构40的方式去除该去除区域14中的碳纳米管。由于该刻蚀槽106使保留区域12与去除区域14的碳纳米管之间的范德华力减小，当拉取至去除区域14边缘时碳纳米管结构40会因范德华力较弱而自动与碳纳米管阵列10分离，因此拉取去除区域14的碳纳米管不会影响保留区域12，从而在代替基底30表面仅留该保留区域12，得到图案化的碳纳米管阵列10。
该步骤S3与传统的碳纳米管拉膜步骤的区别是，该碳纳米管结构40是从转移至该代替基底30并且经过激光刻蚀形成的碳纳米管阵列10的去除区域14中拉取，而非从直接在生长基底20表面的碳纳米管阵列10中进行拉取。在优选的实施例中，该碳纳米管结构40是从倒立的设置在该代替基底30表面的碳纳米管阵列10中进行拉取，也就是从碳纳米管阵列10的原来的生长底部进行拉取。所述步骤S3具体包括以下步骤：S31，从该代替基底30表面的去除区域14中通过拉取工具50选定一碳纳米管片段；S32，通过移动该拉取工具50，沿该第二方向拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管结构40。
在该步骤S31中，当需要拉取碳纳米管膜时，可采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该去除区域14以选定具有一定宽度的一碳纳米管片段；当需要拉取碳纳米管线时，可以采用端面较窄的工具，如镊子，选取宽度较窄的碳纳米管片段。可以理解，无论拉出的是膜还是线，最终均可以使去除区域14中所有碳纳米管全部拉出。在该步骤S32中，该选定的碳纳米管片段的拉取方向与该碳纳米管阵列10中碳纳米管的生长方向呈一不为0的角度a，优选为30度~90度。
上述步骤A122及B123有别于步骤S3，步骤A122及B123的目的是使碳纳米管阵列10整体脱离该生长基底20，脱离后仍保持阵列10的形态。而在步骤S3的目的是从去除区域14中拉取碳纳米管结构40，因此并非使去除区域14整体脱离代替基底30，而是先使一小部分碳纳米管，如碳纳米管片段，脱离代替基底30，再由该拉出的碳纳米管片段带动相邻的碳纳米管片段被首尾相连的拉出，即陆续脱离代替基底30。
本技术方案通过将碳纳米管阵列10转移至代替基底30，并保持该碳纳米管阵列10仍具有拉膜性能，通过在碳纳米管阵列10第一表面102形成刻蚀槽106，使去除区域14与保留区域12分离，在通过拉取碳纳米管结构40的方式区域去除区域14的碳纳米管。这种方式避免了直接通过激光刻蚀所有去除区域14时由于去除区域14面积太大而难以去除完全，效率较低的缺点，更为节能环保且操作简便。
请参阅图10，本发明进一步提供利用上述方法制造的碳纳米管器件80，包括器件的本体84及设置在该本体84表面的图案化碳纳米管阵列82。该图案化碳纳米管阵列82的形态能够使得一碳纳米管结构40可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出。将需要设置图案化碳纳米管阵列82的本体84作为上述代替基底30，可以先将碳纳米管阵列10转移至该本体84，然后通过所述步骤S2及S3形成图案化碳纳米管阵列82。该本体84的材料不限，可以由绝缘的有机高分子聚合物形成，例如该本体84可以为印刷线路板、集成电路板、处理器或散热器等需要在特定区域设置碳纳米管以利用碳纳米管的导电、导热和/或力学性能的装置。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (16)

1.一种图案化碳纳米管阵列的制备方法，包括以下步骤：
提供一转移至代替基底表面的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列靠近该代替基底的表面为第二表面，远离该代替基底的表面为第一表面，该碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管结构包括多个首尾相连的碳纳米管；
通过在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀，将该碳纳米管阵列划分为两部分，分别为保留区域和去除区域；以及
通过从该去除区域拉取碳纳米管结构的方式去除该去除区域中的碳纳米管，并保留该保留区域的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该碳纳米管阵列通过如下步骤转移至该代替基底的表面：
提供该代替基底及一生长基底，该生长基底表面具有该碳纳米管阵列；
将该代替基底的表面接触该碳纳米管阵列远离该生长基底的表面；以及
通过移动该代替基底与该生长基底中的至少一方，使该代替基底与该生长基底相远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该代替基底，同时保持该碳纳米管阵列的形态能够使该碳纳米管结构得以从该碳纳米管阵列中连续地拉出。
3.如权利要求2所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该代替基底的材料为聚二甲基硅氧烷。
4.如权利要求2所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，在该代替基底的表面具有微结构。
5.如权利要求2所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该代替基底与该生长基底之间设置有间隔装置，该间隔装置在该代替基底与该生长基底之间的高度小于或等于该碳纳米管阵列的高度。
6.如权利要求1所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该碳纳米管阵列通过如下步骤转移至该代替基底的表面：
提供该代替基底及一生长基底，该生长基底表面具有该碳纳米管阵列,该碳纳米管阵列靠近该生长基底的表面为第一表面，远离该生长基底的表面为第二表面；
将该代替基底设置在该碳纳米管阵列的第二表面，并使该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质；
使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质固化变为固态介质；
通过移动该代替基底与该生长基底中的至少一方，使该代替基底与该生长基底相远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该代替基底，同时保持该碳纳米管阵列的形态能够使该碳纳米管结构得以从该碳纳米管阵列中连续地拉出；以及
通过升温去除位于该代替基底与该碳纳米管阵列之间的固态介质。
7.如权利要求6所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该使该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质的步骤包括：
在该碳纳米管阵列的第二表面形成一层液态介质；以及
将该代替基底的表面接触该具有液态介质的第二表面。
8.如权利要求7所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质变为固态介质的步骤包括以具有凝固点以下温度的代替基底接触该具有液态介质的第二表面。
9.如权利要求6所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该使该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质的步骤包括：
在该代替基底的表面形成一层液态介质；以及
将该代替基底具有液态介质的表面接触该碳纳米管阵列的第二表面。
10.如权利要求6所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质变为固态介质的步骤包括将该代替基底、液态介质、碳纳米管阵列及生长基底的层叠结构放入低温箱中降温至凝固点以下。
11.如权利要求6所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该液态介质为水，该固态介质为冰。
12.如权利要求2或6所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该代替基底与该生长基底中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底的碳纳米管生长表面。
13.如权利要求2或6所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该代替基底与该碳纳米管阵列之间的结合力大于该生长基底与该碳纳米管阵列之间的结合力且小于该碳纳米管阵列中碳纳米管间的范德华力。
14.如权利要求1所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该在碳纳米管阵列的该第一表面进行激光刻蚀的步骤在该碳纳米管阵列的第一表面形成刻蚀槽。
15.如权利要求14所述的图案化碳纳米管阵列的制备方法，其特征在于，该刻蚀槽的深度小于或等于该碳纳米管阵列的高度。
16.一种碳纳米管器件，其特征在于，包括本体及设置在该本体表面的图案化碳纳米管阵列，该图案化碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该本体为印刷线路板、集成电路板、处理器或散热器。
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