TW200813414A - Method of measuring bonding force between a substrate and a carbon nanotube array formed thereon - Google Patents

Description

200813414 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係涉及-種奈米碳管陣列與基底結合力之測量 方法。 【先前技術】 “奈米碳管係九十年代初發現的一種新型一維奈米材 料其具有優良之综合力學性能，如高彈性模量、高揚氏 模量與低密度，以及優異之電學性能、熱學性能及吸附性 能。由於奈米碳管具有理想之一維結構以及於力學、電學、 熱學等領域之優良性質，其於材料科學、化學、物理學等 又叉丰科領域已展現出廣闊之應用前景，而形成於導電基 底上之奈米碳管陣列因其中之奈米碳管排列整齊有序，更 廣泛應用於真空電子器件、場發射平板顯示、熱傳導等諸 多領域。 奈米碳管陣列之實際應用中，尤其於場發射領域之應 用中，確保奈米碳管陣列與基底間具有足夠結合力係人們 較爲關注之問題。當奈米碳管陣列與基底間結合力較弱 時，奈米碳管陣列與基底於使用中會導致短路、放電等不 良問題從而使場發射失敗。故而，於奈米碳管陣列之實際 應用之前，爲確保其與基底間具有足夠之結合力，如何能 夠準確測量奈米碳管陣列與基底結合力之大小亦為一有待 解決之問題。 按’測量奈米碳管陣列與基底結合力之方法主要爲採 用原子力顯微鏡測量之方法以及採用毫牛（mN)測力計測 7 200813414 量之方法。 • 制原子力酿鏡測量奈米碳管陣顺基底結合力 '^每次僅能測量單根或少數幾根奈米碳管與基底間之結 合力，測量效率較低；另，因奈米石炭管相互之間存在之凡 德瓦耳力，其對於測量值影響較大，從而降低測量之準確 度。 一採用宅牛測力計測量奈米碳管陣列與基底結合力時， &牛測力4自身會產生-定噪音，同時，因奈米碟管相互 之間存在之凡德瓦耳力，亳牛測力計之測量信噪比較低， 從而降低測量之準確度。 冑鑒於此，確有必要提供—種克服以上缺點之測量夺 米碳管陣列與基底結合力的方法。 【發明内容】 下面將藉由實施例進一步詳細說明一 與基底結合力之測量方法，該測量方法可提高測量^中 # 之信噪比’同時，亦可降低奈米碳管之間存在之凡德瓦耳 力對測量過程的影響，從而有效提高測量結果之準確度。 -種奈米碳管_錄底結合力之·方法，其測量 之奈米碳管陣列中奈米碳管間具有一定的間隙，該測量方 法包括： ^供⑥牛測力&十，該測力計具有一測力臂，該測力 臂之末端固定-測力探針，該測力探針具有平整之測力端 面； 於測力探針之測力端面上塗覆一祕膠層；以及 200813414 將塗覆有枯性膠之測力端面逐漸靠近待測之奈米碳管 陣列的上表面並緊密接觸，然後將測力探針逐漸拔離奈米 碳官陣列表面，測力探針之測力端面將粘附一定數量之奈 米碳官，藉由測力計顯示之力數值以及拔出奈米碳管之數 置即可得出奈米碳管陣列與其附著基底之結合力數值。 該测力探針爲細絲，細絲之末端面經過抛光處理作爲 平整光滑之測力端面。 該細絲末端之截面直徑不小於2〇〇微米。 該測力探針係直徑爲5〇〇微米之鎢絲。 山該測力探針爲條狀體，其具有平整末端面以作爲測力 ^面且末端面尺寸不小於15〇微米χ15〇微米。 該測力探針爲切成長條形狀之矽片。 該測力探針藉由粘性膠固定於測力臂之末端。 一該奈米碳管陣列包括複數呈矩形方陣形式排列之小單 凡，各单元之間具有間各單元之截面尺寸㈣5〇微米 Χ50微米。 與先前觀她，本發明奈米碳管_與基底之測量 方法中於測力計之測力臂末端設置—測力探針，該測力探 針具有平整域面積較奴測力端面，每対測量較多之 奈米碳管，從而提高測量之信噪比；同時，本發明測量之 ί米碳管陣列具有特定之_，該特定間隙可降低奈米礙 官之間存在之凡德瓦耳力_量過程之影響，進而可有效 提高測量之準確度。 【實施方式】 200813414 下面將結合附圖對本發明奈米碳管陣列與基底結合力 之測量方法作進一步之詳細說明。 曰睛參閱圖1，本發明奈米碳管陣列與基底結合力之測 置方法大致包括以下幾個步驟： 一（一）提供一毫牛測力計，該測力計具有一測力臂1〇， 該測力臂10之末端固定一測力探針20，該測力探針2〇具 有平整且截面積較大之測力端面（圖中未標號）。 φ 其中，測力探針20可選用細絲，該細絲之末端面經過 抛光處理從而平整光滑以作爲測力端面。爲確保具有較大 之截面積，該細絲末端之截面直徑應不小於2〇〇微米，如， 優選直徑爲500微米之鎢絲作爲測力探針2〇。測力探針2〇 ^可選用條狀體，該條狀體應具有平整之末端面作爲測力 鳊面爲了確保具有較大之截面積，該測力端面之尺寸應 不小於150微米χΐ5〇微米，如，優選切成長條形狀之矽片 作爲測力探針2〇。 • 測力探針20固定於測力計之測力臂10上之方法可採 用先前技術，優選地，可採用粘性膠將測力探針20粘接於 測力臂10上。 (―)於測力探針20之測力端面上塗覆一粘性膜声 30。 /曰 (二）將塗覆有粘性膠3〇之測力端面逐漸靠近待測之 奈米碳管陣列40之表面並緊密接觸後，將測力探針2〇逐 漸拔離奈米碳管陣列40表面，測力探針20之測力端面將 #附-定數量之奈米碳管，藉㈣力計顯示力之數值以及 200813414 40與其附著 拔出奈米碳管之數量即可得出奈米碳管俥列 基底50之結合力大小。

八中’酬之奈米碳管陣㈣具有特朗樣，從而使 不未碳管陣列40間具有特定間隙，該奈米碳管陣列40中 特定之_可防止凡德瓦耳力於測量過程帽啦精度之 影響:奈米碳管陣列4〇之圖樣可為任意規則之圖形，爲確 保測量之更高精度’本實施射優選複數重復排列之小單 元’如呈矩形方_式制之複數小單元。各單元之間具 有間隙且各單元之設·測力騎20之_端面的財 相對應，如，當測力探針2〇之測力端面的尺寸約爲25〇微 米X250微米或直徑約爲3〇〇微米時，奈米碳管陣列4〇中 各單元之截面尺寸約爲50微米χ5〇微米（請參閱圖2以及 圖3 )。 奈米碳管陣列40可預先藉由化學氣相沈積法、電弧放 電法或鐳射蒸發法等先前技術製備。本實施例中優選化學 氣相沈積法製備奈米碳管陣列，首先於基底上形成具有特 定圖案之催化劑，該催化劑之圖案與所需之奈米碳管陣列 之圖樣相對應；然後於高溫下通入碳源氣以形成奈米碳管 陣列。該催化劑包括鐵、鎳、鈷、鈀等過渡金屬。該碳源 氣包括曱烷、乙烯、丙烯、乙炔、甲醇及乙醇等。 於計算奈米碳管陣列40與基底50結合力之數值時， 力之數值可由測力計直接讀出，拔出奈米碳管之數目以及 面積可於光學顯微鏡或電子掃描電鏡下觀察計算得到，故 而單位面積之奈米碳管與基底結合力之數值可計算得出， 11 200813414 進而獲得所測奈米碳管陣列40與基底50結合力之大小。 ^ 本發明奈米碳管陣列與基底之測量方法中於測力計之 * 測力臂末端設置一測力探針，該測力探針具有平整且截面 積較大之測力端面，每次可以測量較多之奈米碳管，從而 提高測量過程之信噪比；同時，本發明測量之奈米碳管陣 列具有特定間隙，該特定間隙可降低奈米碳管之間存在之 凡德瓦耳力對測量過程之影響，進而有效提高測量之準確 度0 矣示上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例， 自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵 蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明實施例奈米碳管陣列與基底結合力之測 φ 1方法之流程示意圖。 圖2係本發明實施例中所測之奈米碳管陣列之照片。 圖3係圖2中奈米碳管陣列之俯視照片。 【主要元件符號說明】 測力臂 10 測力探針 20 粘性膠層 30 奈米碳管陣列 40 基底 50 12

Claims (1)

1. 200813414 十、申請專利範圍 1· 一種奈米碳管陣列與基底結合力之測量方法，其測量之 奈米碳管陣列中奈米碳管間具有一定間隙，該測量方法 包括： 知:供一宅牛測力計，該測力計具有一測力臂，該測 力臂之末端固定一測力探針，該測力探針具有平整之測 力端面； “

   於測力探針之測力端面上塗覆一粘性膠層；以及 將塗覆有粘性膠層之測力端面逐漸靠近待測之奈米 碳管陣列之表面並緊密接觸後’制力探針逐漸拔離奈 米碳管陣列表面，測力探針之測力端面絲附—定數量 之奈米碳管’藉由測力計顯示之力的數值以及拔出夺米 碳管之數量即可得出奈㈣管_與其附著基底之结i h ° 口口 2.如申^專纖圍第丨項所述之奈米碳料顺基制 一貝J里方法’其中’該測力探針爲細絲，細絲之沐 面經過㈣處轉解整光社測力端面。 =申請ί利範圍第2項所述之奈料管陣列與基制 / , 里方法其中，該細絲末端之截面直徑不小於$ 微米。 4·如申請專利範 力之測量方法， 鶴絲。 圍第3項所述之奈米碳管_與基底結合 其中’該測力探針爲直徑爲500微米之 5·如申請專·圍幻項所述之奈⑽管陣顺基底結合 13 200813414 =之測量方法，其中，該測力探針爲條狀體，I且 整之末端面以作制力端面且末端面 米X150微米。 个微 \如申賴咖第5項所狀奈米碳管_與基底結合 ^之測量綠’其巾，制力探針爲切成長條形狀 月0 •如申請—專機圍第丨項所述之奈米碳管_與基底結合

   之測量方法，其中，該測力探針藉由枯性膝固定該測 力臂之末端。 •如申明專利|&圍第1項所述之奈米碳管陣列與基底結合 力之測量方法，其中，該奈米碳管陣列包括複數呈矩形 方陣形式排狀小單元，各單元之間具有·且各單元 之截面尺寸爲50微米χ50微米。