TW201345831A - 奈米碳管結構的製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種奈米碳管結構的製備方法，其包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一生長面；在所述生長面設置一奈米碳管層，該奈米碳管層包括複數個第一奈米碳管，且所述生長面通過該奈米碳管層部分暴露；沈積催化劑，從而在所述奈米碳管層的表面形成一第一催化劑，在所述生長面形成一第二催化劑；以及生長奈米碳管，在所述基底的生長面生長複數個第二奈米碳管從而形成一奈米碳管陣列，且在所述奈米碳管層的表面生長複數個第三奈米碳管而形成一奈米碳管叢。本發明提供的奈米碳管結構的製備方法簡單易行，適合在工業上批量生長。

Description

奈米碳管結構的製備方法
本發明涉及一種奈米碳管結構的製備方法。
1991年，日本NEC公司研究人員意外發現奈米碳管，請參見："Helical microtubules of graphitic carbon", S. Iijima, Nature, vol.354, p56 (1991)，因為奈米碳管的優異特性，其潛在的應用一直受到人們廣泛關注，尤其在電子領域，由於奈米碳管的直徑極小，大約幾奈米至十幾奈米，在較小的電場作用下就可以從其尖端發射電子，因而可用作場發射陰極。
近年來，人們在奈米材料及其應用領域進行各種研究，尤其對奈米碳管的生長方法及其應用。例如，李康雨等人於2005年10月12日申請於2009年12月9日公告的公告號為CN100568436的中國專利揭示了一種奈米碳管發射器件的製備方法，此發明利用PECVD（電漿增強化學氣相沈積）法在第一奈米碳管表面生長出垂直第一奈米碳管表面的第二奈米碳管，其包括下列步驟：先在形成有催化劑材料層的第一基板上生長複數個第一奈米碳管；然後，從所述第一基板分離所述第一奈米碳管並將分離的奈米碳管浸入分散溶液；最後用所述分散溶液塗覆第二基板並且烘焙所述第二基板，使所述第一奈米碳管固定於第二基板；然後從所述第一奈米碳管表面生長第二奈米碳管。
然，由於此發明需要將第一奈米碳管從第一基板上通過超聲波分離，再浸入分散溶液進行分散，然後再塗覆於第二基板並烘焙，製備方法繁瑣，工藝複雜。而且，第二奈米碳管與第一奈米碳管之間的結合力較弱，從而使得該奈米碳管發射器件使用過程中第二奈米碳管容易脫落。
有鑒於此，確有必要提供一種方法簡單易行的奈米碳管結構的製備方法。
一種奈米碳管結構的製備方法，其包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一生長面；在所述生長面設置一奈米碳管層，該奈米碳管層包括複數個第一奈米碳管，且所述生長面通過該奈米碳管層部分暴露；沈積催化劑，從而在所述奈米碳管層的表面形成一第一催化劑，在所述生長面形成一第二催化劑；以及生長奈米碳管，在所述基底的生長面生長複數個第二奈米碳管從而形成一奈米碳管陣列，且在所述奈米碳管層的表面生長複數個第三奈米碳管而形成一奈米碳管叢。
一種奈米碳管結構的製備方法，其包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一生長面；在所述生長面設置一奈米碳管膜，該奈米碳管膜包括複數個首尾相連的第一奈米碳管沿著平行於生長面的方向延伸，且所述奈米碳管膜具有複數個空隙；沈積催化劑，從而在所述奈米碳管膜的表面形成一第一催化劑，在所述生長面形成一第二催化劑；將該設置有奈米碳管膜的基底置於一反應室；向反應室中通入碳源氣體與保護氣體的混合氣體；以及加熱所述設置有奈米碳管膜的基底生長奈米碳管。
相較於先前技術，通過生長奈米碳管叢將奈米碳管陣列和奈米碳管層固定在一起，可以將該奈米碳管層和該奈米碳管陣列從基底的生長面一體剝離，該方法簡單易行，適合在工業上批量生長。
以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的奈米碳管結構，其製備方法及採用該奈米碳管結構的場發射裝置，為了便於理解本發明的技術方案，本發明首先介紹一種奈米碳管結構的製備方法。
請參閱圖1，為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構100的製備方法的工藝流程圖。所述奈米碳管結構100的製備方法主要包括以下步驟：
步驟S11，提供一基底101，該基底具有一生長面(圖未標)；
步驟S12，在所述生長面設置一奈米碳管層102，且所述生長面通過該奈米碳管層102部分暴露；
步驟S13，沈積催化劑，從而在所述奈米碳管層102的表面形成一第一催化劑104，在所述生長面形成一第二催化劑106；以及
步驟S14，生長奈米碳管，在所述基底101的生長面生長一奈米碳管陣列110，以及在所述奈米碳管層102的表面生長一奈米碳管叢108；以及
步驟S15，將該奈米碳管層102，該奈米碳管陣列110和奈米碳管叢108從基底101的生長面一體剝離。
所述步驟S11中，所述基底101為一平整光滑的基底。所述基底101可選用矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底101，也可選用其他耐高溫且不易發生反應的材料，如石英、藍寶石、陶瓷或玻璃等。本實施例優選為4英寸的矽片。所述基底101的表面可以經過機械拋光、電化學拋光等方法處理，以保證其平整光滑以適應生長奈米碳管陣列110的需要。
所述步驟S12中，所述奈米碳管層102與基底101的生長面接觸設置。
所述奈米碳管層102為一宏觀呈層狀的奈米碳管結構。所述奈米碳管層102為一自支撐結構。所謂“自支撐結構”即該奈米碳管層102無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結構的奈米碳管層102包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管通過凡得瓦（Van Der Waals）力相互吸引，從而使奈米碳管層102具有特定的形狀。
所述奈米碳管層102中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。由於該奈米碳管層102具有自支撐性，在不通過支撐體支撐時仍可保持層狀或線狀結構。所述奈米碳管層102的單位面積熱容小於2×10-4焦耳每平方厘米開爾文。優選地，所述奈米碳管層102的單位面積熱容可以小於等於1.7×10-6焦耳每平方厘米開爾文。該奈米碳管層102具有複數個空隙，該複數個空隙從所述奈米碳管層102的厚度方向貫穿所述奈米碳管層102。故，當該奈米碳管層102設置於基底101生長面後，所述生長面通過該複數個空隙部分暴露。所述空隙可以為複數個相鄰的奈米碳管圍成的微孔或者沿奈米碳管軸向延伸方向延伸呈條形的相鄰奈米碳管之間的間隙。所述空隙為微孔時其孔徑（平均孔徑）範圍為2奈米~100微米，所述空隙為間隙時其寬度（平均寬度）範圍為2奈米~100微米。以下稱為“所述空隙的尺寸”指孔徑或間隙寬度的尺寸範圍。所述奈米碳管層102中所述微孔和間隙可以同時存在並且兩者尺寸可以在上述尺寸範圍內不同。所述空隙的尺寸可以為2奈米~100微米，比如10奈米、50奈米、100奈米、500奈米、1微米、5微米、10微米或50微米等。所述空隙的存在，使得後續沈積催化劑的步驟中，一部分催化劑沈積在該奈米碳管層102的奈米碳管表面形成第一催化劑104，而另一部分催化劑通過該複數個空隙沈積在所述基底101的生長面形成該第二催化劑106。為了使第二催化劑106生長的奈米碳管形成奈米碳管陣110列且該奈米碳管陣列110能夠將該奈米碳管層102頂離基底101的生長面，該奈米碳管層102中空隙的尺寸小於應100微米。優選地，空隙的尺寸為50奈米~100奈米。可以理解，當空隙的尺寸太大時，在所述基底101的生長面生長的奈米碳管陣列110會穿透空隙而無法將該奈米碳管層102頂離基底101的生長面。進一步地，為了使所述基底101的生長面沈積足夠的，所述奈米碳管層102的佔空比為95:5 ~5:95，如9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8或1:9。優選地，所述佔空比為8:2~2:8。所謂“佔空比”指該奈米碳管層102設置於基底101的生長面後，該生長面被奈米碳管層102佔據的部分與通過空隙暴露的部分的面積比。本實施例中，所述空隙在所述奈米碳管層102中均勻分佈。
所述奈米碳管層102包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線或其組合。當所述奈米碳管層102包括多根奈米碳管線時，該多根奈米碳管線可以相互平行間隔設置或交叉編織成一層狀結構。所述奈米碳管膜包括複數個均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管膜中的奈米碳管有序排列或無序排列。當奈米碳管膜包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管相互纏繞且緊密結合；當奈米碳管膜包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。所謂擇優取向指奈米碳管膜中大部分奈米碳管在某一方向上具有較大的取向幾率，即奈米碳管膜中大部分奈米碳管的軸向基本沿同一方向延伸。具體地，該奈米碳管膜可包括奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜。該奈米碳管線包括非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。
所述奈米碳管拉膜為由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向指在奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管拉膜的表面。進一步地，所述奈米碳管拉膜中多數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管拉膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管拉膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管拉膜置於（或固定於）間隔特定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管拉膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管拉膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。
具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。故，不能排除奈米碳管拉膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。
請參閱圖2及圖3，具體地，所述奈米碳管拉膜包括複數個連續且定向排列的奈米碳管片段143。該複數個奈米碳管片段143通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段143包括複數個相互平行的奈米碳管145，該複數個相互平行的奈米碳管145通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段143具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米，寬度與拉取出該奈米碳管拉膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。該奈米碳管拉膜中的奈米碳管145沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管拉膜具有較高的透光性。單層奈米碳管拉膜的透光率達90%以上。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11公告的第I327177號台灣公告專利申請“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。
請參閱圖4，當所述奈米碳管層102包括層迭設置的多層奈米碳管拉膜時，相鄰兩層奈米碳管拉膜中的擇優取向排列的奈米碳管之間形成一交叉角度α，且α大於等於0度小於等於90度（0°≤α≤90°）。所述複數個奈米碳管拉膜之間或一個奈米碳管拉膜之中的相鄰的奈米碳管之間具有間隙，從而在奈米碳管層102中形成複數個微孔，微孔的孔徑約小於10微米。本實施例中，優選地，多層奈米碳管拉膜的層數小於16層，以使得後續沈積催化劑的步驟中，有足夠的催化劑可以通過該奈米碳管層102沈積在所述基底101的生長面，以及使碳源氣可以擴散到所述基底101的生長面，以生長奈米碳管陣列110。
請參閱圖5，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將奈米碳管拉膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管拉膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管拉膜中的相互平行的複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管拉膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖6，該扭轉的奈米碳管線包括複數個繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。
所述奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於2002年11月5日申請的，2008年11月27日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，以及2005年12月16日申請的，2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利“奈米碳管絲之製作方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。
請參閱圖7，所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管。奈米碳管沿同一方向擇優取向排列，奈米碳管也可沿不同方向擇優取向排列。優選地，所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管平行於奈米碳管碾壓膜的表面。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互交疊，且通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管碾壓膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜為一自支撐的結構，可無需基底支撐。所述奈米碳管碾壓膜可通過碾壓一奈米碳管陣列獲得。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與形成奈米碳管陣列的基底的表面形成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度(0≤β≤15°)，該夾角β與施加在奈米碳管陣列上的壓力有關，壓力越大，該夾角越小。所述奈米碳管碾壓膜的長度和寬度不限。所述碾壓膜包括複數個微孔結構，該微孔結構均勻且規則分佈於奈米碳管碾壓膜中，其中微孔直徑為1奈米~0.5微米。本實施例中，為了確保有足夠的催化劑可以通過該奈米碳管層102沈積在所述基底101的生長面，以及使碳源氣可以擴散到所述基底101的生長面，該碾壓膜的厚度要小於500微米，優選為小於10微米。所述碳奈米管碾壓膜及其製備方法請參見申請人於2007年6月29日申請的，於2010年12月21日公告的第TWI334851號台灣公告專利“碳奈米管薄膜的製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。
請參閱圖8，所述奈米碳管絮化膜的長度、寬度和厚度不限，可根據實際需要選擇。本發明實施例提供的奈米碳管絮化膜的長度為1~10厘米，寬度為1~10厘米，厚度為1微米~2毫米。所述奈米碳管絮化膜包括相互纏繞的奈米碳管，奈米碳管的長度大於10微米。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網絡狀結構。所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管均勻分佈，無規則排列，使該奈米碳管絮化膜各向同性，所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管之間形成大量的微孔，微孔孔徑為1奈米~0.5微米。本實施例中，為了確保有足夠的催化劑可以通過該奈米碳管層102沈積在所述基底101的生長面，以及使碳源氣可以擴散到所述基底101的生長面，該絮化膜的厚度要小於500微米，優選為小於10微米。所述碳奈米管絮化膜及其製備方法請參見申請人於2007年5月11日申請的，於2008年11月11日公開的第TW 200844041號台灣公開專利“碳奈米管薄膜的製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。
所述步驟S13中，沈積催化劑的方法為電子束蒸發、磁控濺射、電漿沈積、電沈積以及化學氣相沈積中的一種或複數種。由於所述奈米碳管層102具有複數個空隙，所述沈積催化劑的步驟中，一部分催化劑沈積在該奈米碳管層102的奈米碳管表面形成第一催化劑104，而另一部分催化劑通過該複數個空隙沈積在所述基底101的生長面形成該第二催化劑106。
本實施例中，所述催化劑的厚度為1奈米~30奈米，優選為5奈米~10奈米，所述催化劑層材料可選用鉑（Pt）、鈀（Pt）、鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）或其任意組合的合金之一，或其他任意可以生長奈米碳管陣列110的催化劑材料。進一步可以將形成有催化劑的基底101在真空中退火。所述退火時間為30～90分鐘，退火溫度為700℃~900℃，使催化劑形成分散的奈米級的催化劑顆粒。
可以理解，該步驟中，所述第一催化劑104和所述第二催化劑106可以為圖案化的催化劑層。即，所述第一催化劑104僅沈積於奈米碳管層102的部分表面，所述第二催化劑106僅沈積於基底101的部分生長面。例如，通過一圖案化的遮罩將無需沈積催化劑的位置遮擋，從而沈積一圖案化的第一催化劑104和第二催化劑106。由於奈米碳管陣列110僅對應第二催化劑106生長，所述奈米碳管叢108僅對應第一催化劑104生長，故，該方法可以生長圖案化的奈米碳管陣列110和圖案化的奈米碳管叢108。
所述步驟S14中，通過化學氣相沈積法生長奈米碳管，具體包括以下步驟：
步驟S141，將設置有奈米碳管層102的基底101置於一反應室；
步驟S142，向反應室中通入碳源氣體與保護氣體的混合氣體；以及
步驟S143，加熱所述設置有奈米碳管層102的基底101至300℃~1200℃，生長奈米碳管。
步驟S141中，所述反應室為一石英爐的腔室。該步驟可以對反應室進行抽真空，以將反應室的空氣排出。
步驟S142中，先通入保護氣體一定時間後，再向反應室內通入碳源氣體即載氣。所述保護氣體為氮氣、氬氣或其他惰性氣體中的一種或幾種，本實施例中保護氣體優選的為氬氣。所述碳源氣體可為甲烷、乙烷、乙炔及乙烯等化學性質活潑的碳氫化合物中的一種或幾種的混合物。所述載氣為氫氣。
本實施例優選的為乙炔。其中，乙炔的流量可為30sccm~200sccm；氫氣的流量可設置為30sccm~300sccm。反應室內的壓強可保持為2托~760托。在本實施例的常壓化學氣相沈積法製備奈米碳管陣列過程中，應注意控制反應氣體中碳源氣與載氣的流量比，使碳源氣與載氣的流量比不高於10%且高於0.1%為宜。反應氣體中碳源氣的含量決定無定型碳的沈積速度，即碳源氣與載氣的摩爾比越低，無定型碳的沈積速度越慢。故，本實施例中通過控制反應氣體中碳源氣與載氣的流量，可使碳源氣與載氣的摩爾比低於5%。這樣可使無定型碳的沈積速度減慢，獲得具有乾淨表面的奈米碳管，且奈米碳管之間的凡得瓦力較大。通過這種較強的凡得瓦力使奈米碳管結合成穩定的束狀。
步驟S143中，所述加熱溫度優選為500℃~740℃，通入碳源氣體反應約5分鐘~60分鐘。所述奈米碳管陣列110通過所述第二催化劑106生長，所述奈米碳管叢108通過所述第一催化劑104生長。所述奈米碳管陣列110和所述奈米碳管叢108同時生長。
具體地，所述奈米碳管陣列110中的奈米碳管基本沿著垂直於基底101的生長面的方向生長。該奈米碳管陣列110將所述奈米碳管層102沿著遠離生長面的方向頂離，從而使該奈米碳管層102設置於該奈米碳管陣列110的一表面。所述奈米碳管陣列110中的奈米碳管基本平行排列。所述奈米碳管陣列110中奈米碳管的高度約為200～900微米。該奈米碳管陣列110中的奈米碳管生長過程中，靠近基底101的生長面的一端基本平齊，而靠近奈米碳管層102的一端與奈米碳管層102中的奈米碳管相互纏繞。
所述奈米碳管叢108中的奈米碳管雜亂生長形成一草叢一樣的結構，故稱為奈米碳管叢108。本說明書中，奈米碳管叢108指在直接在奈米碳管層102表面生長的無序混亂，相互纏繞且像草叢一樣蓬鬆的奈米碳管結構。所述奈米碳管叢108中的奈米碳管的長度、延伸方向以及間距可以不同。所述奈米碳管叢108中的奈米碳管與奈米碳管層102中的奈米碳管以及奈米碳管陣列110中的奈米碳管靠近奈米碳管層102的端部相互纏繞，從而將所述奈米碳管陣列110與奈米碳管層102固定在一起。所述奈米碳管叢108中的奈米碳管長度約為200～900微米。所述通過化學氣相沈積法生長奈米碳管時，催化劑顆粒可以位於奈米碳管的頂端也可以位於奈米碳管的底端，即生長奈米碳管可以為頂端生長或底端生長。
步驟S15中，通過該奈米碳管層102將該奈米碳管陣列110和奈米碳管叢108從基底101的生長面一體剝離。由於所述奈米碳管叢108中的奈米碳管將所述奈米碳管陣列110與奈米碳管層102固定在一起形成一具有自支撐特性的整體，故，通過奈米碳管層102可以將該奈米碳管陣列110和奈米碳管叢108很容易地剝離。
請參閱圖9，為本發明第一實施例進一步提供一種採用上述方法製備的奈米碳管結構100。該奈米碳管結構100包括奈米碳管陣列110，一奈米碳管層102以及一奈米碳管叢108。
該奈米碳管陣列110具有一第一表面(圖未標)以及一與該第一表面相對的第二表面(圖未標)。該奈米碳管陣列110包括複數個基本平行設置的第一奈米碳管(圖未標)。該第一奈米碳管從所述第一表面向所述第二表面延伸。該奈米碳管層102設置於該奈米碳管陣列110的第一表面。該奈米碳管層102包括複數個第二奈米碳管。所述奈米碳管層102的複數個第二奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合形成一自支撐結構。該奈米碳管叢108設置於奈米碳管層102表面且包括複數個第三奈米碳管。該複數個第三奈米碳管與第二奈米碳管以及第一奈米碳管靠近第一表面的端部相互纏繞，從而將所述奈米碳管陣列110與所述奈米碳管層102固定在一起。具體地，所述複數個第三奈米碳管同時纏繞在所述複數個第二奈米碳管表面以及複數個第一奈米碳管的表面。所述複數個第三奈米碳管中的每個第三奈米碳管至少部分纏繞在所述複數個第二奈米碳管表面且部分纏繞在複數個第一奈米碳管的靠近奈米碳管層的一端。
進一步，所述奈米碳管陣列110和奈米碳管叢108可以為圖案化的，即所述奈米碳管陣列110和奈米碳管叢108形成複數個相同或不同的圖案。
本實施例中，所述奈米碳管層102包括兩個層迭設置的奈米碳管拉膜。每個拉膜中的複數個第二奈米碳管中的大多數第二奈米碳管的軸向沿同一個方向擇優取向延伸，且在延伸方向上與相鄰的第二奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。相鄰奈米碳管拉膜中的第二奈米碳管的延伸方向相互垂直。所述複數個第三奈米碳管與複數個第二奈米碳管以及複數個第一奈米碳管的靠近奈米碳管層102的一端相互纏繞。
為方便描述，本說明書定義該奈米碳管結構100的奈米碳管層102一側為底部，定義該奈米碳管結構100遠離奈米碳管層102一側為頂部。請參見圖10-圖15。本實施例中，對該奈米碳管結構100進行掃描電鏡觀察。其中，圖10為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構彎曲後的掃描電鏡照片。圖11為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的整體側視掃描電鏡照片。圖12為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的頂部俯視掃描電鏡照片。圖13為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的頂部側視掃描電鏡照片。圖14為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的底部側視掃描電鏡照片。圖15為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的底部俯視掃描電鏡照片。
由圖10可以清楚地看到，該奈米碳管結構為一自支撐的整體結構，且具有柔性，可以彎曲成任意形狀。由圖11可以清楚地看到奈米碳管拉膜以及奈米碳管陣列，且奈米碳管陣列中的奈米碳管一端與奈米碳管拉膜接觸設置。由圖12可以清楚地看到奈米碳管陣列中的奈米碳管的端部。由圖13可以清楚地看到奈米碳管陣列中的奈米碳管基本平行排列。由圖14可以清楚地看到奈米碳管拉膜中奈米碳管的延伸方向與奈米碳管陣列中奈米碳管的延伸方向基本垂直。由圖15可以清楚地看到奈米碳管叢中相互纏繞的奈米碳管。
請參閱圖16，為本發明第二實施例提供的奈米碳管結構200的製備方法的工藝流程圖。所述奈米碳管結構200的製備方法主要包括以下步驟：
步驟S21，提供一基底201，該基底具有一生長面(圖未標)以及複數個開孔203；
步驟S22，在所述生長面設置一奈米碳管層202，且所述生長面通過該奈米碳管層202部分暴露；
步驟S23，沈積催化劑，從而在所述奈米碳管層202的表面形成一第一催化劑204，在所述生長面形成一第二催化劑206；
步驟S24，生長奈米碳管，在所述基底201的生長面生長一奈米碳管陣列210，以及在所述奈米碳管層202的表面生長一奈米碳管叢208；以及
步驟S25，將該奈米碳管層202，該奈米碳管陣列210和奈米碳管叢208從基底201的生長面一體剝離。
本發明第二實施例提供的奈米碳管結構200的製備方法與本發明第一實施例提供的奈米碳管結構100的製備方法基本相同，其區別在於，所述基底201具有複數個開孔203，該奈米碳管陣列210為一圖案化的奈米碳管陣列210。該複數個開孔203可以為穿透基底201的通孔或盲孔。當該複數個開孔203為穿透基底201的通孔時，由於開孔203的存在，使得與開孔203對應的位置無法形成第二催化劑206，故，也無法生長奈米碳管陣列210，即奈米碳管陣列210僅在沒有開孔203的位置生長，從而形成一圖案化的奈米碳管陣列210。當該複數個開孔203為盲孔時，部分第二催化劑206沈積於複數個開孔203的底部，由於從盲孔底部生長的奈米碳管陣列比從基底201的生長面生長的奈米碳管陣列210矮，故，從盲孔底部生長的奈米碳管陣列無法與奈米碳管層202接觸固定，故，在後續剝離的步驟中，該部分奈米碳管陣列被保留在開孔203內，即得到的奈米碳管陣列210為一圖案化的奈米碳管陣列210。該複數個開孔203的形狀不限，可以根據需要選擇，如：圓形、長條形、三角形、或方形等。該複數個開孔203可以排列成陣列。
請參閱圖17，為本發明第二實施例提供的奈米碳管結構200。該奈米碳管結構200包括奈米碳管陣列210，一奈米碳管層202以及一奈米碳管叢208。
本發明第二實施例提供的奈米碳管結構200與本發明第一實施例提供的奈米碳管結構100基本相同，其區別在於，所述奈米碳管陣列210為一圖案化的奈米碳管陣列210。
本實施例中，所述奈米碳管層102包括兩個層迭設置的奈米碳管拉膜，且相鄰奈米碳管拉膜中的奈米碳管的延伸方向相互垂直。本實施例中，對該奈米碳管結構200中奈米碳管層202通過開孔懸空的部分進行掃描電鏡觀察。請參見圖18，可以看到相鄰奈米碳管拉膜中的奈米碳管的延伸方向基本垂直，複數個叢狀奈米碳管長在該拉膜的表面且相互纏繞，該部分奈米碳管拉膜表面沒有奈米碳管陣列。
請參閱圖19，為本發明第三實施例提供的奈米碳管結構300的製備方法的工藝流程圖。所述奈米碳管結構300的製備方法主要包括以下步驟：
步驟S31，提供一奈米碳管層302，該奈米碳管層302具有複數個奈米碳管，且在該奈米碳管層302的奈米碳管表面形成一第一催化劑304；
步驟S32，提供一基底301，該基底301具有一生長面(圖未標)，且在所述生長面形成一第二催化劑306；
步驟S33，將該奈米碳管層302設置於所述基底301的生長面；
步驟S34，生長奈米碳管，在所述基底301的生長面生長一奈米碳管陣列310，以及在所述奈米碳管層302的表面生長一奈米碳管叢308；以及
步驟S35，將該奈米碳管層302，該奈米碳管陣列310和奈米碳管叢308從基底301的生長面一體剝離。
本發明第三實施例提供的奈米碳管結構300的製備方法與本發明第一實施例提供的奈米碳管結構100的製備方法基本相同，其區別在於，所述在生長面形成第二催化劑306的步驟與在奈米碳管層302的奈米碳管表面形成第一催化劑304的步驟分開進行。由於在生長面形成第二催化劑306的步驟與在奈米碳管層302的奈米碳管表面形成第一催化劑304的步驟分開進行，故，該方法中奈米碳管層302的厚度可以大於500微米，優選為10微米~100微米。當奈米碳管層302的厚度大於500微米時，優選地，所述第一催化劑304沈積在所述奈米碳管層302與基底301的生長面接觸的表面。而且，該方法中對基底301表面的第二催化劑306可以在空氣中退火。所述退火溫度為700℃~900℃，退火時間為30～90分鐘，使催化劑形成分散的奈米級的催化劑顆粒。
可以理解，本實施例中，也可以省去在該奈米碳管層302的奈米碳管表面形成一第一催化劑304的步驟，即，將一表面沒有催化劑的奈米碳管層302設置於所述基底301的生長面。由於奈米碳管層302的表面沒有催化劑，該方法製備的奈米碳管結構300可以沒有奈米碳管叢。其中，奈米碳管陣列310中的奈米碳管靠近該奈米碳管層302的一端與該奈米碳管層302中的奈米碳管纏繞，從而使奈米碳管陣列310與奈米碳管層302形成一整體結構。
請參閱圖20，為本發明第四實施例提供的奈米碳管結構400的製備方法的工藝流程圖。所述奈米碳管結構400的製備方法主要包括以下步驟：
步驟S41，提供一基底401，該基底401具有一生長面(圖未標)；
步驟S42，在所述基底401的生長面生長一奈米碳管陣列410；
步驟S43，提供一奈米碳管層402，該奈米碳管層402具有複數個奈米碳管，且在該奈米碳管層402的奈米碳管表面形成一第一催化劑404；
步驟S44，將該奈米碳管層402設置於所述奈米碳管陣列410遠離基底401的表面；
步驟S45，在所述奈米碳管層402的表面生長一奈米碳管叢408；以及
步驟S46，將該奈米碳管層402，該奈米碳管陣列410和奈米碳管叢408從基底401的生長面一體剝離。
本發明第四實施例提供的奈米碳管結構400的製備方法與本發明第一實施例提供的奈米碳管結構100的製備方法基本相同，其區別在於，所述生長奈米碳管陣列410的步驟和生長奈米碳管叢408的步驟分開進行。可以理解，本實施例也可以直接提供一形成於基底401的奈米碳管陣列410。通過該方法可以容易地將形成於基底401的奈米碳管陣列410從基底401剝離。
本發明提供的奈米碳管結構的製備方法，通過生長奈米碳管叢將奈米碳管陣列和奈米碳管層固定在一起，將該奈米碳管層402，該奈米碳管陣列410和奈米碳管叢408從基底401的生長面一體剝離，該方法簡單易行，適合在工業上批量生長；並且通過生長奈米碳管叢將奈米碳管陣列和奈米碳管層固定在一起，可以提高奈米碳管陣列和奈米碳管層之間的電接觸。另外，由於通過奈米碳管叢將奈米碳管陣列和奈米碳管層固定在一起，奈米碳管陣列可以承受較大的電場力，以利於其在場發射等領域的應用。
請參閱圖21，為本發明第五實施例進一步提供一種採用上述奈米碳管結構100的場發射裝置10。該場發射裝置10包括一奈米碳管結構100，兩個電極112分別與該奈米碳管結構100電連接，以及一陽極電極114與該奈米碳管結構100間隔設置。該奈米碳管結構100包括奈米碳管陣列110，一奈米碳管層102以及一奈米碳管叢108。可以理解，該奈米碳管結構100也可以為上述其他實施例提供的奈米碳管結構200，300，400。
具體地，所述兩個電極112間隔設置。所述奈米碳管層102設置於該兩個電極112的表面並與該兩個電極112接觸，從而使得整個奈米碳管結構100通過該兩個電極112懸空設置。所述奈米碳管陣列110中的奈米碳管沿著垂直於所述陽極電極114的方向延伸，並指向所述陽極電極114。可以理解，該場發射裝置10還可以進一步包括一設置於陽極電極114與奈米碳管結構100之間的柵極電極(圖未示)，以降低開啟電壓。所述電極112的形狀不限，由導電材料製備，如金屬。所述陽極電極114為一導電層，如金屬層，氧化銦錫(ITO)層，奈米碳管層等。所述陽極電極114的厚度不限。
該場發射裝置10工作時設置與一真空環境中，所述真空的壓強低於10-5帕。具體地，該奈米碳管結構100接零電位，該陽極電極114接一正電壓，從而使該奈米碳管結構100與該陽極電極114之間形成一電勢差。該奈米碳管陣列110中的奈米碳管在電場作用下發射電子。由於奈米碳管叢108將奈米碳管層102與奈米碳管陣列110固定在一起，從而使該奈米碳管陣列110中的奈米碳管可以承受較大的電場力而不被拔出。進一步，還可以通過兩個電極112向該奈米碳管結構100通入一加熱電流，從而使奈米碳管結構100發射電子的同時發熱，以加熱該奈米碳管陣列110中的奈米碳管。通過加熱可以去除奈米碳管陣列110中吸附的氣體，從而使奈米碳管陣列110穩定的發射電子。由於該奈米碳管結構100通過該兩個電極112懸空設置，且奈米碳管單位面積熱容很小，故，該場發射裝置10具有很快的熱回應速度。本實施例中，由於採用熱脈衝信號對該奈米碳管結構100進行加熱。
請參見圖22，為該場發射裝置10的實物照片，其中，奈米碳管結構設置於兩個間隔設置的鎳金屬柱上。圖23-圖26為本實施例提供的場發射裝置的測試結果。本實施例分別在室溫和加熱條件下對該場發射裝置10進行場發射性能測試，其中奈米碳管結構的樣品長度為8毫米，寬度為2毫米，厚度為100微米，電阻為400歐姆，加熱電流為一脈衝電流。從圖23可以看出，無論室溫還係高溫下，該場發射裝置10在400伏特電壓下均產生場發射電流，且在1240K溫度下場發射電流為一平滑的曲線，表明該場發射電流更加穩定。從圖24可以看出，該奈米碳管結構的樣品的溫度在熱脈衝信號下僅需約84毫秒即可達到1193K，而沒有熱脈衝信號時僅需42毫秒即可冷卻到室溫。本實施例分別採用佔空比(指熱脈衝信號的寬度為t與熱脈衝信號的週期為T的比t/T)為5%、10%、30%、50%、70%、90%的熱脈衝信號對該場發射裝置10進行場發射性能測試，其中，加熱電壓為30.8伏特，加熱溫度為1193K。從圖25-圖26可以看出，該場發射裝置10採用脈衝電流加熱，在10%的佔空比的情況下即可實現無吸附氣體的穩定場發射，在10%的佔空比的情況下加熱功率僅為0.3瓦特。
請參閱圖27，為本發明第六實施例提供一種採用上述奈米碳管結構200的場發射裝置20。該場發射裝置20包括一絕緣基板216，一奈米碳管結構200設置於該絕緣基板216的表面，兩個電極212分別與該奈米碳管結構100電連接以及一陽極電極214與該奈米碳管結構200間隔設置。該奈米碳管結構200包括一圖案化的奈米碳管陣列210，一奈米碳管層202以及一奈米碳管叢208。可以理解，該奈米碳管結構200也可以為上述其他實施例提供的奈米碳管結構100，300，400。
本發明第六實施例提供的場發射裝置20與本發明第五實施例提供的場發射裝置10基本相同，其區別在於，所述奈米碳管結構200設置於一絕緣基板216的表面，且通過兩個電極212將該奈米碳管結構200與該絕緣基板216固定。具體地，所述奈米碳管層202遠離奈米碳管陣列210的表面與所述絕緣基板216接觸設置，且所述奈米碳管層202的至少部分設置於兩個電極212與所述絕緣基板216之間。
請參閱圖28，為本發明第七實施例進一步提供一種採用上述奈米碳管結構100的場發射裝置30。該場發射裝置30包括一線狀支撐體316，一奈米碳管結構100設置於該線狀支撐體316的表面，以及一陽極電極314與該奈米碳管結構100間隔設置。
本發明第七實施例提供的場發射裝置30與本發明第六實施例提供的場發射裝置20基本相同，其區別在於，將該奈米碳管結構100環繞設置於一線狀支撐體316的外表面，所述陽極電極314為一環繞奈米碳管結構100的中空管狀體。具體地，所述奈米碳管層102纏繞設置於該線狀支撐體316的外表面。所述陽極電極314為一環繞奈米碳管結構100的中空管狀體，所述奈米碳管陣列110的奈米碳管沿著垂直於所述陽極電極314的方向延伸。所述線狀支撐體316可以為圓柱、三棱柱、四棱柱等。可以理解，由於奈米碳管結構100具有柔韌性，可以設置與任意形狀的表面。所述陽極電極314的截面形狀不限，可以三角形、圓形、方形等。可以理解，本實施例也可以進一步包括兩個電極(圖未示)分別設設置於所述線狀支撐體316相對的兩段且與奈米碳管結構100電連接。
綜上所述，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，皆應涵蓋以下申請專利範圍內。
10,20,30．．．場發射裝置
100,200,300,400．．．奈米碳管結構
101,201,301,401．．．基底
203．．．開孔
102,202,302,402．．．奈米碳管層
104,204,304,404．．．第一催化劑
106,206,306．．．第二催化劑
108,208,308,408．．．奈米碳管叢
110,210,310,410．．．奈米碳管陣列
112,212．．．電極
114,214,314．．．陽極電極
143．．．奈米碳管片段
145．．．奈米碳管
216．．．絕緣基板
316．．．線狀支撐體
圖1 為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的製備方法的流程圖。
圖2為本發明第一實施例中採用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。
圖3為圖2中的奈米碳管拉膜中的奈米碳管片段的結構示意圖。
圖4為本發明第一實施例中採用的多層交叉設置的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。
圖5為本發明第一實施例中採用的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖6為本發明第一實施例中採用的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖7為本發明第一實施例中採用的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。
圖8為本發明第一實施例中採用的奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。
圖9為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的結構示意圖。
圖10為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構彎曲後的掃描電鏡照片。
圖11為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的整體側視掃描電鏡照片。
圖12為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的頂部俯視掃描電鏡照片。
圖13為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的頂部側視掃描電鏡照片。
圖14為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的底部側視掃描電鏡照片。
圖15為本發明第一實施例提供的奈米碳管結構的底部俯視掃描電鏡照片。
圖16為本發明第二實施例提供的奈米碳管結構的製備方法的流程圖。
圖17為本發明第二實施例提供的奈米碳管結構的結構示意圖。
圖18為本發明第二實施例提供的奈米碳管結構的局部掃描電鏡照片。
圖19為本發明第三實施例提供的奈米碳管結構的製備方法的流程圖。
圖20為本發明第四實施例提供的奈米碳管結構的製備方法的流程圖。
圖21為本發明第五實施例提供的場發射裝置的結構示意圖。
圖22為本發明第五實施例提供的場發射裝置的實物照片。
圖23-圖26為本發明第五實施例提供的場發射裝置的測試結果。
圖27為本發明第六實施例提供的場發射裝置的結構示意圖。
圖28為本發明第七實施例提供的場發射裝置的結構示意圖。
100．．．奈米碳管結構
101．．．基底
102．．．奈米碳管層
104．．．第一催化劑
106．．．第二催化劑
108．．．奈米碳管叢
110．．．奈米碳管陣列

Claims (20)

  1. 一種奈米碳管結構的製備方法，其包括以下步驟：
    提供一基底，該基底具有一生長面；
    在所述生長面設置一奈米碳管層，該奈米碳管層包括複數個第一奈米碳管，且所述生長面通過該奈米碳管層部分暴露；
    沈積催化劑，從而在所述奈米碳管層的表面形成一第一催化劑，在所述生長面形成一第二催化劑；以及
    生長奈米碳管，在所述基底的生長面生長複數個第二奈米碳管從而形成一奈米碳管陣列，且在所述奈米碳管層的表面生長複數個第三奈米碳管而形成一奈米碳管叢。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述奈米碳管層具有複數個空隙，且所述生長面通過該複數個空隙部分暴露。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述空隙的尺寸為2奈米~100微米。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述空隙的尺寸為10奈米~500奈米。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述空隙的尺寸為50奈米~100奈米。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述空隙的佔空比為95:5 ~5:95。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述空隙的佔空比為8:2~2:8。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述空隙的佔空比為6:4~4:6。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述沈積催化劑的步驟中，一部分催化劑沈積在該複數個第一奈米碳管的表面形成該第一催化劑，而另一部分催化劑通過該複數個空隙沈積在所述基底的生長面形成該第二催化劑。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述沈積催化劑的方法為電子束蒸發、磁控濺射、電漿沈積、電沈積以及化學氣相沈積中的一種或複數種。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述生長奈米碳管的步驟中，所述複數個第二奈米碳管通過所述第二催化劑生長，所述複數個第三奈米碳管通過所述第一催化劑生長。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述複數個第二奈米碳管沿著垂直於生長面的方向生長形成該奈米碳管陣列，且該複數個第二奈米碳管將所述奈米碳管層沿著遠離生長面的方向頂離，從而使該奈米碳管層設置於該奈米碳管陣列的一表面。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述第二奈米碳管靠近奈米碳管層的一端與第一奈米碳管相互纏繞。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述複數個第三奈米碳管同時纏繞在所述複數個第一奈米碳管表面以及複數個第二奈米碳管靠近所述奈米碳管層的一端的表面。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述複數個第三奈米碳管中的每個第三奈米碳管至少部分纏繞在所述複數個第一奈米碳管表面且部分纏繞在複數個第二奈米碳管靠近所述奈米碳管層的一端的表面。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述生長奈米碳管的方法為化學氣相沈積法，且所述複數個第二奈米碳管與所述複數個第三奈米碳管同時生長。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，進一步包括一通過該奈米碳管層將該奈米碳管陣列和奈米碳管叢從基底的生長面一體剝離的步驟。
  18. 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述基底具有複數個開孔，從而使得該奈米碳管陣列為一圖案化的奈米碳管陣列。
  19. 一種奈米碳管結構的製備方法，其包括以下步驟：
    提供一基底，該基底具有一生長面；
    在所述生長面設置一奈米碳管膜，該奈米碳管膜包括複數個首尾相連的第一奈米碳管沿著平行於生長面的方向延伸，且所述奈米碳管膜具有複數個空隙；
    沈積催化劑，從而在所述奈米碳管膜的表面形成一第一催化劑，在所述生長面形成一第二催化劑；
    將該設置有奈米碳管膜的基底置於一反應室；
    向反應室中通入碳源氣體與保護氣體的混合氣體；以及
    加熱所述設置有奈米碳管膜的基底生長奈米碳管。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述生長奈米碳管的步驟中，在所述基底的生長面生長複數個第二奈米碳管從而形成一奈米碳管陣列，且該奈米碳管陣列將所述奈米碳管膜沿著遠離生長面的方向頂離；同時在所述奈米碳管層的表面生長複數個第三奈米碳管且所述複數個第三奈米碳管至少纏繞於所述奈米碳管層與所述奈米碳管陣列之間。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI547839B (zh) * 2014-04-23 2016-09-01 北京富納特創新科技有限公司 導電網柵及觸控面板

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103382023B (zh) * 2012-05-04 2015-07-01 清华大学 碳纳米管结构及其制备方法
CN103896245B (zh) * 2012-12-29 2016-01-20 清华大学 反应器及生长碳纳米管的方法
CN105712314B (zh) * 2014-12-05 2017-12-01 清华大学 碳纳米管阵列的制备方法和碳纳米管膜的制备方法
EP3404729A4 (en) * 2016-01-13 2019-10-23 Sekisui Chemical Co., Ltd. THERMOELECTRIC CONVERSION MATERIAL AND THERMOELECTRIC CONVERSION DEVICE
US10791651B2 (en) * 2016-05-31 2020-09-29 Carbice Corporation Carbon nanotube-based thermal interface materials and methods of making and using thereof
FR3052881B1 (fr) * 2016-06-21 2020-10-02 Lvmh Swiss Mft Sa Piece pour mouvement horloger, mouvement horloger, piece d'horlogerie et procede de fabrication d'une telle piece pour mouvement horloger
JP7051300B2 (ja) * 2016-08-12 2022-04-11 日東電工株式会社 カーボンナノチューブ集合体
WO2018030182A1 (ja) * 2016-08-12 2018-02-15 日東電工株式会社 カーボンナノチューブ集合体
TWI755492B (zh) 2017-03-06 2022-02-21 美商卡爾拜斯有限公司 基於碳納米管的熱界面材料及其製造和使用方法
RU2714350C2 (ru) * 2017-12-26 2020-02-14 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ РАН) Способ получения упорядоченного массива углеродных нанотрубок при использовании молекул-координаторов, развития в полученных супрамолекулярных структурах вторичной пористости и материал, полученный этим способом
CN110713178B (zh) * 2018-07-12 2021-06-01 清华大学 制备碳纳米管阵列的装置及方法
EP3839644A1 (fr) * 2019-12-20 2021-06-23 Nivarox-FAR S.A. Composant horloger flexible, notamment pour mecanisme oscillateur, et mouvement d'horlogerie comportant un tel composant
EP3839649A1 (fr) * 2019-12-20 2021-06-23 Nivarox-FAR S.A. Composant horloger rigide pour mecanisme oscillateur ou pour mecanisme d'echappement et mouvement d'horlogerie comportant un tel composant

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6914372B1 (en) * 1999-10-12 2005-07-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron-emitting element and electron source, field emission image display device, and fluorescent lamp utilizing the same and methods of fabricating the same
US20020036452A1 (en) * 1999-12-21 2002-03-28 Masakazu Muroyama Electron emission device, cold cathode field emission device and method for the production thereof, and cold cathode field emission display and method for the production thereof
KR100537512B1 (ko) * 2003-09-01 2005-12-19 삼성에스디아이 주식회사 카본나노튜브구조체 및 이의 제조방법 그리고 이를 응용한전계방출소자 및 표시장치
US7662706B2 (en) * 2003-11-26 2010-02-16 Qunano Ab Nanostructures formed of branched nanowhiskers and methods of producing the same
KR100708540B1 (ko) * 2004-02-09 2007-04-18 (주)케이에이치 케미컬 Ｙ-분지형 탄소나노튜브의 제조
KR20060032402A (ko) * 2004-10-12 2006-04-17 삼성에스디아이 주식회사 카본나노튜브 에미터 및 그 제조방법과 이를 응용한전계방출소자 및 그 제조방법
US20080090183A1 (en) * 2004-10-22 2008-04-17 Lingbo Zhu Aligned Carbon Nanotubes And Method For Construction Thereof
US8926933B2 (en) * 2004-11-09 2015-01-06 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Fabrication of twisted and non-twisted nanofiber yarns
KR100684797B1 (ko) * 2005-07-29 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 전극, 이를 포함하는 막-전극 어셈블리 및이를 포함하는 연료 전지 시스템
CN101205061B (zh) 2006-12-22 2011-03-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 碳纳米管阵列的制备方法
JP2010188493A (ja) * 2009-02-20 2010-09-02 Toppan Printing Co Ltd ナノ炭素材料複合基板、電子放出素子、ナノ炭素材料複合基板の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI547839B (zh) * 2014-04-23 2016-09-01 北京富納特創新科技有限公司 導電網柵及觸控面板

Also Published As

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