CN1830753A - 碳纳米管组装方法和碳纳米管器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纳米管组装方法和碳纳米管器件。该碳纳米管组装方法包括：提供两个相对的导电体，使其相对的两末端共同浸入同一含碳纳米管的溶液中；对该两导电体施加一交流电压，以使至少一碳纳米管组装至该两末端之间。该方法耗时短、效率高且可控性强，避免现有技术中组装时间长且可控性差的问题。还提供有该组装方法制成的碳纳米管器件，其可用作微型传感器。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种纳米器件组装方法和纳米器件，尤其涉及一种碳纳米管组装方法和碳纳米管器件。
【背景技术】
在纳米科技的领域里，人们已经掌握了很多非常有用的纳米材料的合成方法，如碳纳米管、硅纳米线、氧化锌纳米线等等，这些一维纳米材料在很多领域都有可能走向应用，例如场效应晶体管、传感器以及原子力显微镜的针尖等。
现有的在原子力显微镜针尖上组装碳纳米管的方主要有：(1)在光学显微镜下操纵针尖从碳管中取出一束或一根；(2)在原子力显微镜下用针尖直接操纵碳管进行组装；(3)在针尖上直接生长碳管。
例如，2002年2月12日公告的第6,346,189号美国专利揭示了一种在原子力显微镜针尖上采用化学气相沉积法直接生长碳纳米管的方法。但是，由于该方法无法控制碳纳米管的生长方向，所以仍存在效率低且可控性差的问题，另外生产成本高昂。
又如，2002年9月25日所公告的第99103111.3号中国专利揭示了一种单壁碳纳米管的组装方法。该方法主要有以下步骤：(1)将纯度90％以上的单壁碳纳米管水溶液胶体静止存放一个月左右；(2)按水溶液不同的柱高位置，分选所需长度的碳纳米管原液；(3)按所需量的原液加入去离子水稀释；(4)彻底清除金属基底表面的油污杂质；(5)用甩胶法或浸入法将碳纳米管组装在基底上。但是，该方法耗时过长，效率低下，且可控性差。
因此，有必要提供一种效率高且可控性强的碳纳米管组装方法及碳纳米管器件。
【发明内容】
以下，将以若干实施例说明一种效率高且可控性强的碳纳米管组装方法。
以及通过这些实施例说明一种由上述方法制成的碳纳米管器件。
为实现上述内容，提供一种碳纳米管组装方法，包括以下步骤：
提供两个相对的导电体，使其相对的两末端共同浸入同一含碳纳米管的溶液中；
对该两导电体施加一交流电压，以使至少一碳纳米管组装至该两末端之间。
所述的含碳纳米管的溶液可以异丙醇为主要溶剂。
所述的含碳纳米管的溶液最好含有用作稳定剂的乙基纤维素。
所述的相对的两末端中，至少一末端为锥形、柱形或圆台形。
所述的相对的两末端之间的距离最好与该碳纳米管的长度相近，优选距离小于等于10微米。
所述的交流电压的峰值小于等于10伏。
该组装方法可进一步包括以下步骤：将装有碳纳米管的两导电体末端分开以得到至少一装有碳纳米管的导电体末端。
该组装方法还可进一步包括以下步骤：监控组装过程，以确定碳纳米管组装于该两末端之间。其中，所述的监控方法可包括步骤：于两导电体所在的电路中串联一个电阻；在该电阻两端并联一示波器。
以及，提供一种碳纳米管器件，包括两个电极和沿轴向连接于该两电极之间的碳纳米管，该碳纳米管分别附着于该两电极表面，并且沿其轴向大致为直的。
所述的两电极包括两相对的末端，该碳纳米管分别附着于该两末端表面，该末端为锥形、柱形或圆台形。
所述的碳纳米管器件可为一传感器。
相对于现有技术，本发明的组装方法一般只需要几秒至几十秒，耗时短，效率高。并且，整个组装过程均可实现自动化操作与监测，提高生产效率，可控性强。同时所需的生产设备简单，生产成本低，适合进行大规模生产。
【附图说明】
图1为本发明实施例的碳纳米管组装方法的装置示意图；
图2为本发明实施例的组装于两末端之间的碳纳米管的光学显微镜照片。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种碳纳米管组装方法，主要由以下步骤组成。
(1)提供两导电体10和12，其分别具有锥形末端101和121。使该两末端101和121相对设置，并间隔开一定距离。移取少量含碳纳米管的溶液14于该两末端101和102之间，并使两者能共同浸入该溶液14中。
(2)对该两导电体10和12施加一交流电压16，直到至少一碳纳米管组装于该两末端101和102之间。
在本实施例中，所述的导电体10和12均由钨或其合金制成，其锥形末端直径最好为10-1000微米范围内。导电体10和12也可以采用其他的导电材料制作，如金、钼、铂等，其自身形状可依实际需要设计。末端101和121也可为其他形状，如圆台形或细小的柱形，而不限于锥形。应指出的是，当末端101和121的端面为平面时，最好使两末端101和121的部分端面相对设置，如两端面的边缘相对设置。另外，该两末端101和102之间的距离应根据所采用的碳纳米管长度加以设定，最好与碳纳米管长度相近，不宜太大，否则不利于组装。该间隔距离一般小于100微米，优选为10微米以内。
所述的含碳纳米管的溶液14是以异丙醇为主要溶剂，通过超声震荡的方法使碳纳米管在其中均匀分散而得到的。为使该溶液14稳定，还可加入少量的乙基纤维素。当然，溶液14还可采用其他方法制备，例如采用其他溶剂、稳定剂或者增加分离过滤等处理步骤，以得到均匀稳定的碳纳米管溶液为宜，不必以具体实施例为限。
另外，可以理解的是，溶液14的浓度可能影响后期被组装的碳纳米管数量。一般，溶液14的浓度越大，后期则较容易组装上多根碳纳米管。因此，可根据实际需要调配溶液14的浓度，如只组装一根碳纳米管，则应尽量降低溶液14的浓度。反之，也可以通过调整溶液14的浓度，在一定程度上控制被组装的碳纳米管数量。
溶液14可由吸管、移液管、注射器或其他适宜的装置移取并施加于末端101和121之间。所施加的溶液14不宜过多，以使该两末端101和121能共同浸入同一滴溶液14即可。另外，也可将两末端101和121直接浸入少量的由烧杯等容器盛放的溶液14中。
步骤(2)中，所述的交流电压的峰值最好在10伏以内，频率在1千至10兆赫兹之间。本实施例主要是依据双向电泳法原理：在交流电场中，溶液14中的碳纳米管在电场强度大的方向运动，最终运动到场强最大的两尖端101和121相对的区域，并被吸附到该两末端101和121上。此后，碳纳米管依靠与该两末端101和121的范德华力牢固吸附在末端101和121的表面上。一般，通电时间只需几秒至几十秒，因此该组装方法耗时短，效率高。
请参阅图2，从光学显微镜照片可看出，碳纳米管被组装到该两末端101和121之间，并且已被拉直。这是因为碳纳米管在电场中被极化产生电偶极距，两端带有电荷，电场对其作用力有一沿其轴向的分力，使碳纳米管拉伸变直。
通过上述碳纳米管组装方法，可制成本发明实施例提供的一种碳纳米管器件。该器件包括作为电极的两末端101和121，以及沿轴向连接于该两电极之间的碳纳米管。该碳纳米管分别附着于该两电极表面，并且沿其轴向大致为直的。可以理解的是，该碳纳米管器件可用于多种电子器件中，如用作微型传感器。
当碳纳米管被组装之后，可断电并移走溶液14。
应指出的是，可采用监测系统对整个组装过程进行监控，从而实现实时监控、实时调整，提高成品率。例如，根据未组装上碳纳米管的两末端101和102是处于断路状态、而组装上碳纳米管后该两者是处于通路状态，可方便地对这两个状态进行监测。在本实施例中，采用的监测方法就是依据上述原理，在图1所示的电路中串联一电阻，用示波器观察该电阻两端的波形变化。当波形发生突变则表示碳纳米管已经组装到两个末端101和121之间，这时就可以降压断电并移走液滴。当然，也可以采用其他的监测方法及设备进行，不必限于本实施例。
进而，整个组装过程均可实现自动化操作与监测，避免手动或半手动操作的偏差以及化学气相沉积法中碳纳米管生长的不可控性，提高生产效率，可控性增强，同时所需的生产设备简单，生产成本低，适合进行大规模生产。
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 (12)
1.一种碳纳米管组装方法，包括以下步骤：
提供两个相对的导电体，使其相对的两末端共同浸入同一含碳纳米管的溶液中；
对该两导电体施加一交流电压，以使至少一碳纳米管组装至该两末端之间。
2.如权利要求1所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的含碳纳米管的溶液以异丙醇为主要溶剂。
3.如权利要求1所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的含碳纳米管的溶液含有用作稳定剂的乙基纤维素。
4.如权利要求1所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的相对的两末端中，至少一末端为锥形、柱形或圆台形。
5.如权利要求1所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的相对的两末端之间的距离与该碳纳米管的长度相应。
6.如权利要求1所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的相对的两末端之间的距离小于等于10微米。
7.如权利要求1所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的交流电压的峰值小于等于10伏。
8.如权利要求1至7任一项所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，其进一步包括以下步骤：监控组装过程，以确定碳纳米管组装于该两末端之间。
9.如权利要求8所述的碳纳米管组装方法，其特征在于，所述的监控方法包括：于两导电体所在的电路中串联一个电阻；在该电阻两端并联一示波器。
10.一种碳纳米管器件，包括两个电极和沿轴向连接于该两电极之间的碳纳米管，其特征在于，该碳纳米管分别附着于该两电极表面，并且沿其轴向大致为直的。
11.如权利要求10所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述的两电极包括两相对的末端，该碳纳米管分别附着于该两末端表面，该末端为锥形、柱形或圆台形。
12.如权利要求10或11所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述的碳纳米管器件为传感器。
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