CN1388059A - 可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 - Google Patents
可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1388059A CN1388059A CN 02115096 CN02115096A CN1388059A CN 1388059 A CN1388059 A CN 1388059A CN 02115096 CN02115096 CN 02115096 CN 02115096 A CN02115096 A CN 02115096A CN 1388059 A CN1388059 A CN 1388059A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- distribution density
- certain diameter
- controllable growth
- thickness
- 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.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 abstract 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法。其包括以下工艺步骤:(1)用磁过滤真空弧等离子体薄膜沉积或磁控溅射的方法在衬底上镀上一层催化剂薄膜;(2)将镀了催化剂的衬底在氢气气氛下,在600摄氏度的温度下还原处理;(3)使用流量比为1∶10的乙炔和惰性气体混合气体为反应气体,在700摄氏度下生长碳纳米管;(4)在惰性气体气氛下降温。本发明所述的方法简单,仅仅控制催化剂薄膜的厚度和氢气的还原时间这两个参数,即可实现控制碳纳米管的直径和分布密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法。
背景技术
碳纳米管是一种具有独特物理化学性质的纳米管材料，在信息显示，储氢，纳米电子学等方面有着重要的应用前景。它一般可以用碳弧放电，激光脉冲沉积或化学气相沉积法(CVD)等方法制备。在用CVD法生长碳纳米管薄膜时，控制碳纳米管的直径和分布密度对于碳纳米管在场发射阴极上的应用意义重大。而一般现有的方法均较复杂，且不容易控制碳纳米管的直径和分布密度。
发明内容
本发明提供一种方法，可以较好地控制使用CVD方法制备的碳纳米管薄膜的直径和分布密度在适用的范围。
本发明所述的一种可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法，包括以下工艺步骤：
1.用磁过滤真空弧等离子体薄膜沉积或磁控溅射的方法在衬底上镀上一层
催化剂薄膜。
2.将镀了催化剂的衬底在氢气气氛下，在600摄氏度的温度下还原处理；
3.使用流量比为1∶10的乙炔和惰性气体混合气体为反应气体，在700摄
氏度下生长碳纳米管；
4.在惰性气体气氛下降温。
本发明所述的方法简单，仅仅控制催化剂薄膜的厚度和氢气的还原时间这两个参数，即可实现控制碳纳米管的直径和分布密度。对用本发明所述的方法制备的碳纳米管用SEM和TEM进行观察，发现催化剂的厚度越厚，形成的颗粒越大，生长的碳纳米管的直径越大，而随催化剂层厚度的增加，形成的颗粒密度增加，生长的碳纳米管的密度也增加。而对于不同还原时间的催化剂薄膜，用氢气得还原时间越长，颗粒越小，生长的碳纳米管直径也越小。
附图说明
图1为镀了催化剂铁的衬底在还原处理后的表面形貌；
图2为在上述衬底上生长了碳纳米管后的表面形貌，a，b，c，d，e的铁膜厚度分别为5nm，10nm，20nm，30nm，40nm；
图3为上述样品的场致发射的I-V曲线。
具体实施方式本发明所述的方法才包括以下步骤：
1.磁过滤真空弧等离子体沉积或磁控溅射的方法在衬底上镀上一层催化剂
薄膜，厚度为5-100纳米。使用的催化剂为铁，钴或镍。
2.将镀了催化剂的衬底在氢气气氛下，在600摄氏度的温度下还原处理15
分钟至5小时，还原时间的长短可以控制形成的催化剂颗粒的大小和密
度；
3.使用流量比为1∶10的乙炔和氩气混合气体为反应气体，在700摄氏度
下生长碳纳米管；
4.在氩气气氛下降温。
使用上述方法，在硅衬底上生长一系列不同直径和密度的碳纳米管：
1.镀催化剂
利用磁过滤真空弧等离子体薄膜沉积系统在衬底上沉积催化剂(铁)层，并
进行实时的厚度监控，沉积一系列不同厚度5nm，10nm，20nm，30nm，40nm
的铁层；
2.氢处理
把镀有铁的衬底用氢气在600摄氏度下进行还原处理2小时，其流量
110ml/min；
3.长纳米管
样品经还原处理后，在700摄氏度下反应，通入氩气(300ml/min)和乙炔
(30ml/min)的混合气体，反应5分钟；
4.反应完毕后，在氩气气氛下降温至室温。
用SEM对所制备的样品的表面形貌进行了观察，并测试它们的场发射特性。还原处理后样品表面形貌见图1，a，b，c，d，e的铁的厚度分别为5nm，10nm，20nm，30nm，40nm；催化剂颗粒大小，密度随催化剂层厚度的增加而增加。生长了碳纳米管的样品形貌如图2，a，b，c，d，e的铁膜的厚度分别为5nm，10nm，20nm，30nm，40nm，碳纳米管的直径以及密度也随催化剂层厚度增加而增加。当催化剂层很薄(小于20nm)的时候，还原后催化剂颗粒小而且稀，对应生长的碳纳米管直径密度小，管弯曲躺倒(样品1，2)，随着催化剂层厚度增加，颗粒变大变密，碳纳米管变粗变密，当催化剂层达到一定的厚度(大于20纳米)，碳纳米管就能直立生长了(样品3，4，5)。这是由于粗(大于50纳米)的碳纳米管更容易长直，而且到了一定的密度，由于相邻的碳纳米管互相排挤，各自就朝直立的方向生长。
各样品的场致发射结果如图3所示，从场致发射结果来看，发射最好的是样品4，其次是样品3，5，最差的是样品2，这说明直的管发射好，弯的管发射差，比较样品1，2，样品1比样品2发射好，这是因为样品2的管长得太密，相邻的碳纳米管发生静电屏蔽效应。比较样品3，4，5，样品4管直且密度适中，因此发射最好，样品3因为长得还不够直，样品5因为长得太密，所以发射不如样品4。
Claims (4)
1.一种可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法，其特征在于：其包括以下工艺步骤：
(a)用磁过滤真空弧等离子体薄膜沉积或磁控溅射的方法在衬底上镀上一层
催化剂薄膜；
(b)将镀了催化剂的衬底在氢气气氛下，在600摄氏度的温度下还原处理；
(c)使用流量比为1∶10的乙炔和惰性气体混合气体为反应气体，在700摄
氏度下生长碳纳米管；
(d)在惰性气体气氛下降温。
2.按权利要求1所述的一种可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法，其特征在于：步骤(a)所用的催化剂是铁，钴或镍。
3.按权利要求1的一种可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法，其特征在于：所述的催化剂的厚度为5-100纳米，氢气还原的时间为15分钟至5小时。
4.按权利要求3所述的可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法，其特征在于：所述的催化剂的厚度为厚度为20-50纳米；氢气还原时间为2小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021150966A CN1159217C (zh) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | 可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021150966A CN1159217C (zh) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | 可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1388059A true CN1388059A (zh) | 2003-01-01 |
| CN1159217C CN1159217C (zh) | 2004-07-28 |
Family
ID=4743451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021150966A Expired - Fee Related CN1159217C (zh) | 2002-04-17 | 2002-04-17 | 可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1159217C (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100411980C (zh) * | 2003-09-30 | 2008-08-20 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 控制碳纳米管生长密度的方法 |
| CN100513308C (zh) * | 2004-06-23 | 2009-07-15 | 佳能株式会社 | 制造碳纤维的方法及其应用 |
| CN1962427B (zh) * | 2005-11-09 | 2010-11-10 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 纳米碳管的生长方法 |
| CN102330069A (zh) * | 2011-10-18 | 2012-01-25 | 天津理工大学 | 一种碳纳米管的制备方法 |
| CN101870591B (zh) * | 2009-04-27 | 2012-07-18 | 清华大学 | 一种碳纳米管膜前驱、碳纳米管膜及其制造方法以及具有该碳纳米管膜的发光器件 |
| CN102757033A (zh) * | 2012-07-03 | 2012-10-31 | 清华大学 | 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 |
| CN110950321A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-03 | 哈尔滨金纳科技有限公司 | 一种高比表面积、高导电性碳纳米管材料及其制备方法 |
-
2002
- 2002-04-17 CN CNB021150966A patent/CN1159217C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100411980C (zh) * | 2003-09-30 | 2008-08-20 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 控制碳纳米管生长密度的方法 |
| CN100513308C (zh) * | 2004-06-23 | 2009-07-15 | 佳能株式会社 | 制造碳纤维的方法及其应用 |
| CN1962427B (zh) * | 2005-11-09 | 2010-11-10 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 纳米碳管的生长方法 |
| CN101870591B (zh) * | 2009-04-27 | 2012-07-18 | 清华大学 | 一种碳纳米管膜前驱、碳纳米管膜及其制造方法以及具有该碳纳米管膜的发光器件 |
| CN102330069A (zh) * | 2011-10-18 | 2012-01-25 | 天津理工大学 | 一种碳纳米管的制备方法 |
| CN102330069B (zh) * | 2011-10-18 | 2013-03-06 | 天津理工大学 | 一种碳纳米管的制备方法 |
| CN102757033A (zh) * | 2012-07-03 | 2012-10-31 | 清华大学 | 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 |
| CN110950321A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-04-03 | 哈尔滨金纳科技有限公司 | 一种高比表面积、高导电性碳纳米管材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1159217C (zh) | 2004-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1239387C (zh) | 碳纳米管阵列及其生长方法 | |
| CN1290763C (zh) | 一种生产碳纳米管的方法 | |
| CN1248959C (zh) | 一种碳纳米管阵列生长方法 | |
| CN100462301C (zh) | 一种碳纳米管阵列的制备方法 | |
| US20060222850A1 (en) | Synthesis of a self assembled hybrid of ultrananocrystalline diamond and carbon nanotubes | |
| US20090098402A1 (en) | Nanocrater catalyst in metal nanoparticles and method for preparing the same | |
| CN1532142A (zh) | 一种生长碳纳米管的方法 | |
| CN1729317A (zh) | 形成碳纳米管的方法 | |
| CN101062765A (zh) | 一种准一维氮化硼纳米结构的制备方法 | |
| WO2003018474A1 (en) | Nanostructure synthesis | |
| JP2001048512A (ja) | 垂直配向カーボンナノチューブの作製方法 | |
| CN1159217C (zh) | 可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 | |
| CN1223514C (zh) | 鳞状碳纳米管、制备方法和专用装置 | |
| Zhou et al. | Multi-directional growth of aligned carbon nanotubes over catalyst film prepared by atomic layer deposition | |
| CN1955112A (zh) | 碳纳米管制备方法 | |
| CN1919727A (zh) | 一种碳纳米管制造方法 | |
| US20150292080A1 (en) | Apparatus for the generation of nanocluster films and methods for doing the same | |
| CN100395857C (zh) | 一种在玻璃衬底上制备碳纳米管的方法 | |
| Brahma et al. | Microwave irradiation-assisted method for the deposition of adherent oxide films on semiconducting and dielectric substrates | |
| CN1920088A (zh) | 一种金属氧化物纳米反阵列薄膜的制备方法 | |
| CN1853006A (zh) | 形成碳纳米管的方法 | |
| Liu et al. | Controlled growth of Fe catalyst film for synthesis of vertically aligned carbon nanotubes by glancing angle deposition | |
| JP2007186363A (ja) | カーボンナノチューブの製造方法および製造装置 | |
| JP2004261630A (ja) | カーボンナノコイル製造用触媒及びその製造方法並びにカーボンナノコイル製造方法 | |
| Chen et al. | The formation conditions of carbon nanotubes array based on FeNi alloy island films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20040728 Termination date: 20170417 |