CN111333054B - 一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，所述转移方法包括步骤如下：选择生长衬底，将直立碳纳米管阵列生长在所述的生长衬底上；采用粘结剂作为连接介质，将远离衬底的直立碳纳米管阵列的端部粘贴至目标衬底上；采用激光透过生长衬底直接刻蚀直立碳纳米管阵列与衬底的接触界面，使碳纳米管阵列从生长衬底上脱落，实现直立碳纳米管阵列转移到目标衬底上。本发明所述转移方法操作简单，成本低廉，技术难度小，其采用激光透过生长衬底直接刻蚀直立碳纳米管阵列与生长衬底的接触界面，使得直立碳纳米管阵列从生长衬底上脱离，解决了直立碳纳米管无损转移的问题。

Description

一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法

技术领域

本发明涉及纳米材料加工技术领域，更具体的，涉及一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法。

背景技术

碳纳米管属于一维纳米材料，是由石墨烯层卷曲而成的中空纳米结构，长径比极大，长度介于微米到厘米，直径可达1nm。碳纳米管因其独特的原子结构而具有优异的力学、电学和热学等性能，包括高弹性模量、高电子迁移率、高导热率等，在信息、能源、环境等纳米器件上展现了应用潜力。目前，碳纳米管的可控加工是实现器件应用和规模化生产的关键技术。

碳纳米管的制备方法包括电弧放电、激光烧蚀、化学气相沉积等方法，过程需要高温环境和催化剂。目前，受制于生长条件的要求，高质量的直立碳纳米管通常在硅片、石英等衬底上容易实现。这样特定衬底的选择性，制约了碳纳米管的器件应用结构，譬如，电子和光电子纳米器件通常采用金属作为电极材料而需要直接以其作为衬底。为了满足碳纳米管在不同器件结构中的应用和在器件制备工艺兼容性的需求，转移制备技术提供了一种途径。

现阶段纳米材料转移制备方法有溶液刻蚀转移法、化学转移法、焊料转移法等，尚无法满足碳纳米管无损精准转移的需求。因此，需要发展碳纳米管无损转移技术方法。

发明内容

本发明针对直立碳纳米管阵列需要在特定衬底上生长，而现有技术无法满足碳纳米管无损精准转移的问题，提供了一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，其能实现将直立碳纳米管阵列从生长衬底无损精准转移到目标衬底上。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，所述转移方法的具体步骤如下：

S1：选择生长衬底，将直立碳纳米管阵列生长在所述的生长衬底上；

S2：采用粘结剂作为连接介质，将远离衬底的直立碳纳米管阵列的端部粘贴至目标衬底上；

S3：采用激光透过生长衬底直接刻蚀直立碳纳米管阵列与衬底的接触界面，使碳纳米管阵列从生长衬底上脱落，实现直立碳纳米管阵列转移到目标衬底上。

优选地，所述的生长衬底包括石英、云母、高温玻璃、硅。

优选地，所述的粘结剂包括导电的银浆、导电的碳浆。

进一步地，所述的粘结剂还包括非导电的硅溶胶、非导电的硅酸乙酯。

优选地，所述的激光的波长具备穿透生长衬底的能力，且激光的功率密度大于16W/mm²。

进一步地，步骤S3，具体地，对面积小于激光光斑面积的直立碳纳米管阵列，采用激光束直接照射刻蚀实现转移；对面积大于激光光斑面积的直立碳纳米管阵列，采用激光束以行扫描刻蚀实现转移。

本发明的有益效果如下：本发明所述转移方法操作简单，成本低廉，技术难度小，其采用激光透过生长衬底直接刻蚀直立碳纳米管阵列与生长衬底的接触界面，使得直立碳纳米管阵列从生长衬底上脱离，解决了直立碳纳米管无损转移的问题。

附图说明

图1是将直立碳纳米管阵列从生长衬底转移至目标衬底的示意图。

图2是直立碳纳米管阵列转移前扫描电镜图，生长衬底为石英。

图3是直立碳纳米管阵列转移后扫描电镜图，目标衬底为不锈钢。

图中，1-直立碳纳米管阵列、2-生长衬底、3-粘结剂、4-目标衬底、5-激光束。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。

实施例1

针对面积小于激光光斑面积的直立碳纳米管阵列样品，通过激光束直接照射刻蚀方法实现转移。

如图1所示，一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，所述转移方法的具体步骤如下：

S1：首先，选择石英作为生长衬底，采用化学气相沉积的方法在具有催化剂的透明石英衬底上生长直立碳纳米管阵列，制备成的碳纳米管以点阵形式垂直于衬底，其高度约为500μm。在一个具体的实施例中，所述的生长衬底还包括云母、高温玻璃、硅。本实施例将超过400度的玻璃都可称为高熔点玻璃或高温玻璃，因为一般玻璃体的软化点大概在400度，因此能耐超过400度的玻璃都统称为高温玻璃。

S2：采用粘结剂作为连接介质，将远离衬底的直立碳纳米管阵列的端部粘贴至目标衬底上；

具体地，本实施例选择不锈钢作为目标衬底，在目标衬底上涂抹导电的银浆作为粘结剂，将远离石英衬底的直立碳纳米管阵列的端部与目标衬底上的粘结剂连接，放置1小时使导电银浆凝固，从而使得直立碳纳米管阵列的端部粘贴至目标衬底上；在一个具体的实施例中，所述的粘结剂包括导电的银浆、导电的碳浆，还包括非导电的硅溶胶、非导电的硅酸乙酯。

本实施例所述的目标衬底可以采用任意固体材料制作而成，如不锈钢、陶瓷、塑料等，其形状没有限制，只要能将生长衬底上的直立碳纳米管阵列全部粘贴固定即可，如平面、曲面等。

S3：使用功率为1kW、光斑直径约为1mm、脉宽为10μs、波长为1064nm的脉冲激光，所述的激光的波长具备穿透生长衬底的能力，激光透过透明的石英衬底，直接刻蚀直立碳纳米管阵列与石英衬底的接触界面，利用高功率激光打断碳纳米管与石英衬底的化学键，使直立碳纳米管阵列从石英衬底上脱落，从而实现把直立碳纳米管阵列从透明石英衬底转移至不锈钢衬底，所转移到不锈钢衬底上的碳纳米管阵列的形貌与转移之前保持完全一致。

在一个具体的实施例中，为了能顺利的刻蚀，所述的激光的功率密度大于16W/mm²。

实施例2

针对面积大于激光光斑面积的直立碳纳米管阵列样品，通过激光束扫描刻蚀方法实现转移：

如图1所示，一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，所述转移方法的具体步骤如下：

S1：首先，选择石英作为生长衬底，采用化学气相沉积的方法在具有催化剂的透明石英衬底上生长直立碳纳米管阵列。如图2所示，制备成的碳纳米管以点阵形式碳纳米管垂直于衬底，高度约为500μm。在一个具体的实施例中，所述的生长衬底还包括云母、高温玻璃、硅。

S2：选择不锈钢作为目标衬底，在目标衬底上涂抹导电的银浆作为粘结剂，将不接触透明石英衬底的直立碳纳米管阵列端部与目标衬底上的粘结剂连接，放置1小时使导电银浆凝固。在一个具体的实施例中，所述的粘结剂包括导电的银浆、导电的碳浆，还包括非导电的硅溶胶、非导电的硅酸乙酯。

本实施例所述的目标衬底可以采用任意固体材料制作而成，如不锈钢、陶瓷、塑料等，其形状没有限制，只要能将生长衬底上的直立碳纳米管阵列全部粘贴固定即可，如平面、曲面等。

S3：使用功率为1kW、光斑直径约为1mm、脉宽为10μs、波长为1064nm的脉冲激光，控制激光束以行扫描的方法顺序扫过整个透明石英衬底，刻蚀直立碳纳米管阵列与透明石英衬底的接触界面，使直立碳纳米管阵列依次从透明石英衬底上脱落，从而实现把碳纳米管阵列从透明石英衬底转移至不锈钢衬底。如图3所示，转移到不锈钢衬底上的碳纳米管阵列的形貌与转移之前保持完全一致。

在一个具体的实施例中，为了能顺利的刻蚀，所述的激光的功率密度大于16W/mm²。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，其特征在于：所述转移方法包括步骤如下：

S1：选择生长衬底，将直立碳纳米管阵列生长在所述的生长衬底上；

S2：采用粘结剂作为连接介质，将远离衬底的直立碳纳米管阵列的端部粘贴至目标衬底上；

S3：采用激光透过生长衬底，直接刻蚀直立碳纳米管阵列与衬底的接触界面，使碳纳米管阵列从生长衬底上脱落，实现直立碳纳米管阵列转移到目标衬底上；

使用功率为1kW、光斑直径约为1mm、脉宽为10μs、波长为1064nm的脉冲激光，所述的激光的波长具备穿透生长衬底的能力，激光透过透明的生长衬底，直接刻蚀直立碳纳米管阵列与生长衬底的接触界面，利用高功率激光打断碳纳米管与生长衬底的化学键，使直立碳纳米管阵列从生长衬底上脱落，从而实现把直立碳纳米管阵列从透明生长衬底转移至目标衬底，所转移到目标衬底上的碳纳米管阵列的形貌与转移之前保持完全一致。

2.根据权利要求1所述的基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，其特征在于：所述的生长衬底包括石英、云母、高温玻璃、硅。

3.根据权利要求1所述的基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，其特征在于：所述的粘结剂包括导电的银浆、导电的碳浆。

4.根据权利要求3所述的基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，其特征在于：所述的粘结剂还包括非导电的硅溶胶、非导电的硅酸乙酯。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于激光刻蚀的直立碳纳米管阵列转移方法，其特征在于：步骤S3，具体地，对面积小于激光光斑面积的直立碳纳米管阵列，采用激光束直接照射刻蚀实现转移；对面积大于激光光斑面积的直立碳纳米管阵列，采用激光束以行扫描刻蚀实现转移。

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