TW201602382A - 圖案化奈米碳管陣列的製備方法及奈米碳管器件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種圖案化奈米碳管陣列的製備方法，提供一轉移至代替基底表面的奈米碳管陣列，該奈米碳管陣列靠近該代替基底的表面為第二表面，遠離該代替基底的表面為第一表面；通過在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列劃分為兩部分，分別為保留區域和去除區域；以及通過從該去除區域拉取奈米碳管結構的方式去除該去除區域中的奈米碳管，並保留該保留區域的奈米碳管。本發明還提供一種奈米碳管器件。

Description

圖案化奈米碳管陣列的製備方法及奈米碳管器件

本發明涉及一種圖案化奈米碳管陣列的製備方法及奈米碳管器件。

奈米碳管是一種由石墨烯片卷成的中空管狀物，沿軸向具有優異的力學、熱學及電學性質，因此具有廣闊的應用領域。通過化學氣相沉積(CVD)法生長奈米碳管陣列，可以使奈米碳管基本沿垂直於生長基底表面的方向排列，有利於發揮奈米碳管沿軸向的各種性質。例如將奈米碳管陣列設置在發熱元件與散熱器之間可以迅速的將發熱元件的熱量傳導至散熱器。另外，可以直接將奈米碳管陣列作為導電元件應用於積體電路中。如果能夠對奈米碳管陣列進行圖案化，則可以獲得所需形狀的器件。

有鑒於此，提供一種圖案化奈米碳管陣列的製備方法及奈米碳管器件實為必要。

一種圖案化奈米碳管陣列的製備方法，包括以下步驟：提供一轉移至代替基底表面的奈米碳管陣列，該奈米碳管陣列靠近該代替基底的表面為第二表面，遠離該代替基底的表面為第一表面，該奈米碳管陣列的形態能夠使得一奈米碳管結構可以從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該奈米碳管結構包括複數個首尾相連的奈米碳管；通過在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列劃分為兩部分，分別為保留區域和去除區域；以及通過從該去除區域拉取奈米碳管結構的方式去除該去除區域中的奈米碳管，並保留該保留區域的奈米碳管。

一種奈米碳管器件，包括本體及設置在該本體表面的圖案化奈米碳管陣列，該圖案化奈米碳管陣列的形態能夠使得一奈米碳管結構可以從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該本體為印刷線路板、積體電路板、處理器或散熱器。

相較於先前技術，本發明通過將奈米碳管陣列轉移至需要設置奈米碳管陣列的基底，並保持該奈米碳管陣列仍具有能夠拉取奈米碳管結構的性能，通過拉取奈米碳管結構的方式去除奈米碳管陣列中的部分奈米碳管，從而形成圖案化奈米碳管陣列。

圖1為本發明施例提供的圖案化奈米碳管陣列的製備方法的側視示意圖。

圖2為本發明施例提供的圖案化奈米碳管陣列的製備方法的俯視示意圖。

圖3為本發明一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖4為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖5為本發明實施例從奈米碳管陣列中拉取獲得奈米碳管膜的結構示意圖。

圖6為本發明另一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖7為本發明另一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖8為本發明另一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖9為本發明另一實施例提供的奈米碳管陣列的轉移方法的側視示意圖。

圖10為本發明實施例提供的奈米碳管器件的側視示意圖。

以下將結合附圖對本發明的具有圖案化奈米碳管陣列的製備方法及奈米碳管器件作進一步的詳細說明。

請參閱圖1及圖2，本發明提供一種圖案化奈米碳管陣列的製備方法，包括以下步驟：

S1，提供一轉移至代替基底30表面的奈米碳管陣列10，該奈米碳管陣列10靠近該代替基底30的表面為第二表面104，遠離該代替基底30的表面為第一表面102，該奈米碳管陣列10的形態能夠使得一奈米碳管結構40可以從該奈米碳管陣列10中連續地拉出，該奈米碳管結構40包括複數個首尾相連的奈米碳管；

S2，通過在奈米碳管陣列10的該第一表面102進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列10劃分為兩部分，分別為保留區域12和去除區域14；以及

S3，通過從該去除區域14拉取奈米碳管結構40的方式去除該去除區域14中的奈米碳管，並保留該保留區域12的奈米碳管。

該奈米碳管結構40包括首尾相連的奈米碳管，是由複數個奈米碳管通過凡得瓦力相互結合並首尾相連形成的宏觀結構。

【奈米碳管陣列的轉移】

請參閱圖3，在該步驟S1中，該奈米碳管陣列10通過如下步驟轉移至該代替基底30：

S11，提供一代替基底30及一生長基底20，該生長基底20的表面202具有奈米碳管陣列10，該奈米碳管陣列10的形態能夠使得一奈米碳管結構40可以從該奈米碳管陣列10中連續地拉出；

S12，將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該代替基底30的表面302，並保持該奈米碳管陣列10的形態仍能夠使該奈米碳管結構40從該奈米碳管陣列10中連續地拉出。

首先對生長於該生長基底20且能夠從中拉取奈米碳管結構40的奈米碳管陣列10進行介紹。

該奈米碳管陣列10為通過化學氣相沉積的方法生長在該生長基底20的表面202。該奈米碳管陣列10中的奈米碳管基本彼此平行且垂直於生長基底20表面202，相鄰的奈米碳管之間相互接觸並通過凡得瓦力相結合。通過控制生長條件，該奈米碳管陣列10中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。由於基本不含雜質且奈米碳管相互間緊密接觸，相鄰的奈米碳管之間具有較大的凡得瓦力，足以使在拉取一些奈米碳管（奈米碳管片段）時，能夠使相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力的作用被首尾相連，連續不斷的拉出，由此形成連續的自支撐的宏觀膜狀結構，即奈米碳管結構40。這種能夠使奈米碳管首尾相連的從其中拉出的奈米碳管陣列10也稱為超順排奈米碳管陣列10。該生長基底20的材料可以為P型矽、N型矽或氧化矽等適合生長超順排奈米碳管陣列10的基底。

從奈米碳管陣列10中連續地拉出的該奈米碳管結構40包括複數個首尾相連的奈米碳管。更為具體的，該奈米碳管結構40為可以實現自支撐的奈米碳管結構40，該奈米碳管結構40包括複數個基本沿相同方向排列的奈米碳管。該奈米碳管結構40可以是一奈米碳管膜或奈米碳管線。請參閱圖4及圖5，在該奈米碳管結構40中奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管結構40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該奈米碳管結構40的表面。進一步地，所述奈米碳管結構40中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管結構40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，從而使該奈米碳管結構40能夠實現自支撐。當然，所述奈米碳管結構40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結構40中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。進一步地，所述奈米碳管結構40可包括複數個連續且定向排列的奈米碳管片段。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的奈米碳管，該複數個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。另外，所述奈米碳管結構40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。因此，不能排除奈米碳管結構40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而部分分離的情況。實際上，該奈米碳管結構40具有較多間隙，即相鄰的奈米碳管之間具有間隙，使該奈米碳管結構40可以具有較好的透明度。然而，相鄰奈米碳管之間接觸的部分以及首尾相連的奈米碳管之間連接的部分的凡得瓦力已經足夠維持該奈米碳管結構40整體的自支援性。該奈米碳管結構40的厚度約為0.5奈米至100微米，優選為0.5奈米至10微米。

所述自支撐是該奈米碳管結構40不需要大面積的載體支撐，而只要一邊或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀或線狀，即將該奈米碳管結構40置於（或固定於）間隔一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結構40能夠懸空保持自身膜狀或線狀。所述自支撐主要通過奈米碳管結構40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。

所述能夠從中拉取奈米碳管結構40的奈米碳管陣列10的製備方法已為眾多前案公開，例如台灣專利I327177。

該代替基底30為固態，具有一表面302，作為設置該奈米碳管陣列10的表面。該代替基底30可以為硬質基底或柔性基底，如金屬、玻璃、石英、矽、二氧化矽、塑膠或樹脂，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯或聚二甲基矽氧烷(PDMS)。在優選的實施例中，該代替基底30為彈性基底。將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該代替基底30的表面302這一過程中，該奈米碳管陣列10的形態應基本得到保持，得以在轉移至該代替基底30後，仍能夠使該奈米碳管結構40從中連續地拉出為準，也就是仍保持為一超順排奈米碳管陣列。

在保持該奈米碳管陣列10的形態的前提下，當該奈米碳管陣列10轉移至該代替基底30後，該奈米碳管陣列10倒立設置於該代替基底30表面302。也就是該奈米碳管陣列10包括一第一表面102及與該第一表面102相對的第二表面104。奈米碳管從生長基底20的表面202長出，形成奈米碳管陣列10，奈米碳管靠近該生長基底20的一端為底端，遠離生長基底20的一端為頂端。在該生長基底20上，該第一表面102由該奈米碳管陣列10中所有奈米碳管的底端共同形成，該第二表面104由該奈米碳管陣列10中所有奈米碳管的頂端共同形成，該奈米碳管陣列10的第一表面102靠近或設置在該生長基底20的表面202，為奈米碳管陣列10的生長底端，該第二表面104為遠離該生長基底20的表面，為奈米碳管陣列10的生長頂端。當該奈米碳管陣列10轉移至該代替基底30後，該奈米碳管陣列10的第二表面104靠近或設置在該代替基底30的表面302，該第一表面102為遠離該代替基底30的表面302。

在一實施例中，所述步驟S12，將該奈米碳管陣列10從該生長基底20轉移至該代替基底30的步驟可以包括以下步驟：

A121，將該代替基底30的表面302接觸該奈米碳管陣列10遠離該生長基底20的該第二表面104；以及

A122，通過移動該代替基底30與該生長基底20中的至少一方，使該代替基底30與該生長基底20相遠離，從而使該奈米碳管陣列10與該生長基底20分離，並轉移至該代替基底30。

所述步驟A121及A122可以在常溫下進行。在該步驟A121及A122中，應保持該奈米碳管陣列10的形態仍能夠使該奈米碳管結構40可以從該奈米碳管陣列10中連續地拉出。為了使奈米碳管陣列10在轉移至該代替基底30後，仍然能夠拉取奈米碳管結構40，該代替基底30的表面302與該奈米碳管陣列10的第二表面104之間可以僅通過凡得瓦力結合，並且使該代替基底30與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_BC )小於該奈米碳管陣列10中奈米碳管間的凡得瓦力(F_CC) 。然而，該代替基底30的表面302與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_BC )應大於該生長基底20的表面202與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_AC )，才能使該奈米碳管陣列10可以從該生長基底20分離，轉移至該代替基底30，即F_AC <F_BC <F_CC 。在該轉移過程中，該代替基底30的表面302僅通過與奈米碳管陣列10的第二表面104之間僅通過接觸產生的結合力，如凡得瓦力，使奈米碳管陣列10與生長基底20分離。為了使F_AC <F_BC <F_CC ，該代替基底30的表面可以具有合適的表面能，並且該代替基底30的表面與該奈米碳管陣列10之間可以具有合適的介面能，從而可以使代替基底30能夠僅通過接觸即與該奈米碳管陣列10之間產生足夠的結合力，如凡得瓦力，使奈米碳管陣列10能夠從生長基底20上拉離。因此，通過選擇合適的材料製造該代替基底30，至少是作為該代替基底30的表面，可以使該代替基底30僅通過與奈米碳管陣列10的第二表面104之間的接觸產生的結合力，如凡得瓦力，使奈米碳管陣列10與生長基底20分離。該代替基底30的表面302可以為一平整表面。在一實施例中，該代替基底30的材料為PDMS。

如圖6所示，在一實施例中，為了提高該代替基底30的表面302與該奈米碳管陣列10之間的結合力(F_BC )，使F_AC <F_BC <F_CC ，可以在該代替基底30的表面302設置複數個微結構304，從而增大該表面302的表面積，從而在代替基底30材料不變的條件下提高該結合力(F_BC )。該微結構304可以為在該代替基底30表面302的凸起或凹陷，該微結構304的形狀可以是半球形、矩形、錐形、齒形、臺階形，或其他形狀。該微結構304可以是點狀或線狀，另外也可以是片狀。在一實施例中，該微結構304為相互平行並間隔設置的槽體結構。在另一實施例中，該微結構304為相互間隔並均勻分佈的半球形凸起。優選地，大量的微結構304均勻分佈在該代替基底30的表面302上。更為優選地，該微結構304的數量使該代替基底30的表面302的表面積比平滑表面增加30%~120%。該代替基底30具有微結構304的表面302充分的與該奈米碳管陣列10接觸，通過該微結構304的設置，可以使該表面304具有較大的吸附力，以提高FBC。因此，該代替基底30並不限於採用PDMS，也可以是常規基底材料，如矽、玻璃、陶瓷、二氧化矽、石英、金屬、塑膠或橡膠。本實施例中，該代替基底30為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。

該凸出的微結構304的高度或該凹陷的微結構304的深度優選為奈米碳管陣列10高度的0.5%~10%，更優選為5微米~100微米，也就是該表面302仍需要具有一定的平整度，以避免該奈米碳管陣列10設置在該代替基底30的表面302時難以與該表面302充分接觸。該微結構304可以通過光刻、鐳射刻蝕或化學刻蝕等方法獲得。

通過在該代替基底30表面設置該微結構304，通過增大表面積的方式提高代替基底30與奈米碳管陣列10之間的結合力，拓寬了代替基底30的材料的選擇範圍。

可以理解，該代替基底30並非通過黏結劑黏附該奈米碳管陣列10，通過普通的黏結劑雖然能夠使F_AC <F_BC ，而使奈米碳管陣列10能夠脫離該生長基底20，但由於奈米碳管陣列10中奈米碳管間的凡得瓦力極小，因此幾乎任何傳統意義上的黏結劑均會造成F_BC >F_CC ，使後續的拉取奈米碳管結構40的步驟無法進行。可以理解，在該步驟A121~A122中，該代替基底30始終保持固態。

在該步驟A121中，為了使該代替基底30的表面302與該奈米碳管陣列10中的所有奈米碳管的頂端得到充分的接觸，可以通過該代替基底30輕微的對該奈米碳管陣列10施加壓力。然而該代替基底30並非是將該奈米碳管陣列10中的奈米碳管壓倒，否則將改變奈米碳管陣列10的形態，使其無法再進行拉膜或拉線。

可以理解，由於該代替基底30的微結構304在該表面302所產生的高度差，當該表面302的凹陷處與該奈米碳管陣列10的第二表面104接觸時，在該表面302的凸出處可能會對與之接觸的奈米碳管產生壓力，使該奈米碳管陣列10中原本直立的奈米碳管產生微小的彎曲，然而由於該微結構304具有較小的高度，該奈米碳管的彎曲程度較小，當將該代替基底30與該生長基底20分離的過程中，該奈米碳管陣列10仍能彈性回復原有的高度，並保持能夠拉取奈米碳管結構40的形態。

請參閱圖7，在一實施例中，可以在該代替基底30與該生長基底20之間設置一間隔裝置22，通過該間隔裝置22保持該代替基底30的表面302與該生長基底20的表面202之間的間隔距離不致過小，避免使奈米碳管陣列10被壓倒。該間隔裝置22在該代替基底與該生長基底之間的高度小於或等於該奈米碳管陣列10的高度，使該間隔裝置22與該奈米碳管陣列10之間具有一高度差(z)，並且，該間隔裝置22的高度大於使奈米碳管陣列10壓倒至無法保持能夠拉取奈米碳管結構40的形態的該極限距離。在該步驟A121中，該間隔裝置22與該奈米碳管陣列10均設置在該代替基底30與該生長基底20之間。

該間隔裝置22為固態，優選為剛性元件，在該代替基底30的表面與該生長基底20之間提供一支撐，通過控制該間隔裝置22的高度即可方便的保持該代替基底30與該生長基底20之間的精確距離。該間隔裝置22的高度(m)可以為該奈米碳管陣列10的高度(n)的0.9倍~1倍，即m為0.9n~1n。

可以理解，當該間隔裝置22的高度小於該奈米碳管陣列10的高度時，該代替基底30可能會使該奈米碳管陣列10中原本直立的奈米碳管產生微小的彎曲，然而由於具有該間隔裝置22，該彎曲程度較小，當將該代替基底30與該生長基底20分離的過程中，該奈米碳管陣列10仍能彈性回復原有的高度，並保持能夠拉取奈米碳管結構40的形態。

該間隔裝置22可以設置在該生長基底20上。在另一實施例中，該間隔裝置22也可以設置在該代替基底30上。另外，該間隔裝置22也可以是代替基底30的一部分，即從該代替基底30表面上凸出的結構。該間隔裝置22的形狀不限，可以是塊狀、片狀、柱狀或球形，只要具有一合適的高度即可。該間隔裝置22可以為複數個，均勻分佈在該奈米碳管陣列10的週邊，從而為該生長基底20與該代替基底30之間提供穩定的間隔。在一實施例中，該間隔裝置22為一圓環形墊圈，設置在該奈米碳管陣列10之外。在另一實施例中，該間隔裝置22為複數個圓柱形墊片，均勻分佈在該奈米碳管陣列10的週邊。

可以理解，該間隔裝置22既適用於代替基底30的表面302沒有微結構304的實施例中，也可以適用於代替基底30的表面302有微結構304的實施例中。本發明的實施例之間可相互任意組合。

在該步驟A122中，在使該奈米碳管陣列10與該生長基底20分離的過程中，該奈米碳管陣列10中的所有奈米碳管優選為同時脫離該生長基底20，也就是該代替基底30與該生長基底20中的至少一方的移動方向為垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面，使該奈米碳管陣列10中的奈米碳管沿該奈米碳管的生長方向脫離該生長基底20。當該代替基底30與該生長基底20均發生移動時，兩者的移動方向均垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面。

在該步驟A121~A122中，該奈米碳管陣列10先受到朝向該生長基底20方向的壓力，再受到朝向該代替基底30的拉力。

請參閱圖8，在另一實施例中，所述步驟S12，將該奈米碳管陣列10從該生長基底轉移至該代替基底30的步驟可以包括以下步驟：

B121，將該代替基底30設置在該奈米碳管陣列10的第二表面104，並使該代替基底30與該奈米碳管陣列10的第二表面104之間具有液態介質60；

B122，使位於該代替基底30與該奈米碳管陣列10的第二表面104之間的液態介質60固化變為固態介質60’；

B123，通過移動該代替基底30與該生長基底20中的至少一方，使該代替基底30與該生長基底20相遠離，從而使該奈米碳管陣列10與該生長基底20分離，並轉移至該代替基底30；以及

B124，通過升溫去除位於該代替基底30與該奈米碳管陣列10之間的固態介質60’。

在該步驟B124中，去除固態介質60’後該奈米碳管陣列10維持該形態使該奈米碳管結構40仍能夠從該奈米碳管陣列10中連續地拉出。

在該步驟B121中，該液態介質60可以以細微的液滴或液膜的形態設置在該奈米碳管陣列10的第二表面104上。該液態介質60可以為水或低分子量有機溶劑，如乙醇、丙酮或甲醇，該液態介質60的量應較小，避免滲入奈米碳管陣列10的內部對奈米碳管陣列的形態造成影響。優選地，該液態介質60選擇為不與奈米碳管潤濕的液體，如水。該奈米碳管陣列10的第二表面104的液態介質60的液滴的直徑以及液膜的厚度可以分別為10奈米~300微米。該代替基底30與該奈米碳管陣列10的第二表面104分別與中間的液態介質60接觸。可以理解，在該步驟B121中仍然保持該奈米碳管陣列10的形態為能夠使奈米碳管結構40從中連續地拉出，該代替基底30儘量不對該奈米碳管陣列10施加壓力，即使施加壓力，該壓力也應較小，控制在不時奈米碳管陣列10的形態發生改變而無法連續地拉出奈米碳管結構40為準，例如不使奈米碳管陣列10中的奈米碳管發生傾倒。

在一實施例中，該步驟B121可以包括以下步驟：在該奈米碳管陣列10的第二表面104形成一層液態介質60；以及將該代替基底30的表面接觸該具有液態介質60的第二表面104。具體可以將液態介質60形成液滴或霧化，噴灑在該奈米碳管陣列10的該第二表面104，也就是在該生長基底20的奈米碳管陣列10的頂面。

在另一實施例中，該步驟B121可以包括以下步驟：在該代替基底30的表面形成一層液態介質60；以及將該代替基底30具有液態介質60的表面接觸該奈米碳管陣列10的第二表面104。具體地，可以將液態介質60形成液滴或霧化，噴灑在該代替基底30的表面。

在該步驟B122中，位於該代替基底30與奈米碳管陣列10之間的液態介質60固化變成固態介質60’，具體可以使通過降溫至該固態介質60的凝固點以下，由於該代替基底30與奈米碳管陣列10均與液態介質60接觸，液態介質60固化後將該代替基底30與奈米碳管陣列10較為牢固的結合在一起。為使結合更為牢固，該代替基底30的材料優選為與該液態介質60潤濕。

具體地，在一實施例中，可以將該代替基底30、液態介質60、奈米碳管陣列10及生長基底20的層疊結構放入低溫箱70中降溫至凝固點以下。該低溫箱70可以為冰箱的冷凍室。

請參閱圖9，在另一實施例中，當該步驟B121中將液態介質60設置在該奈米碳管陣列10的第二表面104時，在該步驟B122中可以先將代替基底30的溫度降至凝固點以下，再將具有凝固點以下溫度的代替基底30接觸該奈米碳管陣列10具有液態介質60的第二表面104。例如可以先將該代替基底30在低溫箱70中凝固點以下放置一段時間再取出。該代替基底30的溫度可以直接使該第二表面104的液態介質60變為固態介質60’，而無需將該層疊結構再放入低溫箱70。

在該步驟B123中，該奈米碳管陣列10通過與該代替基底30的結合與該生長基底20分離。優選地，該奈米碳管陣列10中的所有奈米碳管同時脫離該生長基底20，也就是該代替基底30與該生長基底20中的至少一方的移動方向為垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面，使該奈米碳管陣列10中的奈米碳管沿該奈米碳管的生長方向脫離該生長基底20。當該代替基底30與該生長基底20均發生移動時，兩者的移動方向均垂直於該生長基底20的奈米碳管生長表面。

在該步驟B124中，該升溫步驟可以使固態介質60’融化成液態介質60並乾燥或直接將該固態介質60’昇華，從而得到去除。該去除過程不影響該奈米碳管陣列10的形態。由於固態介質60’的厚度較小，去除後奈米碳管陣列10直接與該代替基底30的表面接觸並通過凡得瓦力結合。

可以理解，在上述步驟B121~B124的整個過程中，該奈米碳管陣列10的形態應基本得到保持，以使在去除固態介質60’後該奈米碳管結構40仍能從該奈米碳管陣列10中連續地拉出為準。

本實施例在轉移的過程中通過固態介質60’增強奈米碳管陣列10與代替基底30之間的結合力，使奈米碳管陣列10可以與該生長基底20分離，並在拉取奈米碳管結構40前將固態介質60’去除，使奈米碳管陣列10與代替基底30之間的結合力減小到可以使奈米碳管結構40從中連續地拉出。因此該代替基底60的材料不限，可以為常見的剛性基底或彈性基底。

【奈米碳管陣列的圖案化】

請看回圖1及圖2，該步驟S2進一步包括：通過鐳射刻蝕在該奈米碳管陣列10的第一表面102形成刻蝕槽106。聚焦的雷射光束照射在該奈米碳管陣列10的第一表面102，奈米碳管被鐳射照射後溫度升高，空氣中的氧氣會氧化鐳射照射到的奈米碳管，使被鐳射照射的奈米碳管燒毀，從而去除該部分奈米碳管。該雷射光束的掃描路線可預先由電腦設定，從而得到精確控制，在奈米碳管陣列10的第一表面102形成複雜的刻蝕圖案。所用的雷射光束的功率可以為2瓦~50瓦，鐳射掃描速度可以為0.1毫米/秒~10000毫米/秒，所述雷射光束的寬度可以為1微米~400微米。本實施例中，該雷射光束通過YAG雷射器發射，波長為1.06微米，功率為3.6瓦，鐳射掃描速度為100毫米/秒。

該刻蝕槽106的深度可以小於或等於該奈米碳管陣列10的高度，優選為0.5微米~10微米。該刻蝕槽106的寬度最小可以為1微米。該刻蝕槽106的寬度和深度主要保證有效分離保留區域12和去除區域14中的奈米碳管，降低奈米碳管之間的凡得瓦力，從而在後續拉取去除區域14中的奈米碳管時不致使保留區域12中的奈米碳管也被拉出。

該刻蝕槽106的長度可以較長，在該奈米碳管陣列10的第一表面102形成線狀圖案，劃分出保留區域12和去除區域14。優選地，該保留區域12與該去除區域14可通過該刻蝕槽106完全分離，即該保留區域12和去除區域14均為閉合的區域。當然，也可通過控制拉取奈米碳管結構40的角度終止奈米碳管結構40的拉取，因此該保留區域12與該去除區域14也可為不閉合區域。

在該步驟S3中，由於該被轉移至代替基底30上的奈米碳管陣列10中仍可以拉取獲得奈米碳管結構40，因此可以通過從該去除區域14拉取奈米碳管結構40的方式去除該去除區域14中的奈米碳管。由於該刻蝕槽106使保留區域12與去除區域14的奈米碳管之間的凡得瓦力減小，當拉取至去除區域14邊緣時奈米碳管結構40會因凡得瓦力較弱而自動與奈米碳管陣列10分離，因此拉取去除區域14的奈米碳管不會影響保留區域12，從而在代替基底30表面僅留該保留區域12，得到圖案化的奈米碳管陣列10。

該步驟S3與傳統的奈米碳管拉膜步驟的區別是，該奈米碳管結構40是從轉移至該代替基底30並且經過鐳射刻蝕形成的奈米碳管陣列10的去除區域14中拉取，而非從直接在生長基底20表面的奈米碳管陣列10中進行拉取。在優選的實施例中，該奈米碳管結構40是從倒立的設置在該代替基底30表面的奈米碳管陣列10中進行拉取，也就是從奈米碳管陣列10的原來的生長底部進行拉取。所述步驟S3具體包括以下步驟：S31，從該代替基底30表面的去除區域14中通過拉取工具50選定一奈米碳管片段；S32，通過移動該拉取工具50，沿該第二方向拉取該選定的奈米碳管片段，從而首尾相連的拉出複數個奈米碳管片段，進而形成一連續的奈米碳管結構40。

在該步驟S31中，當需要拉取奈米碳管膜時，可採用具有一定寬度的膠帶或黏性基條接觸該去除區域14以選定具有一定寬度的一奈米碳管片段；當需要拉取奈米碳管線時，可以採用端面較窄的工具，如鑷子，選取寬度較窄的奈米碳管片段。可以理解，無論拉出的是膜還是線，最終均可以使去除區域14中所有奈米碳管全部拉出。在該步驟S32中，該選定的奈米碳管片段的拉取方向與該奈米碳管陣列10中奈米碳管的生長方向呈一不為0的角度a，優選為30度~90度。

上述步驟A122及B123有別於步驟S3，步驟A122及B123的目的是使奈米碳管陣列10整體脫離該生長基底20，脫離後仍保持陣列10的形態。而在步驟S3的目的是從去除區域14中拉取奈米碳管結構40，因此並非使去除區域14整體脫離代替基底30，而是先使一小部分奈米碳管，如奈米碳管片段，脫離代替基底30，再由該拉出的奈米碳管片段帶動相鄰的奈米碳管片段被首尾相連的拉出，即陸續脫離代替基底30。

本技術方案通過將奈米碳管陣列10轉移至代替基底30，並保持該奈米碳管陣列10仍具有拉膜性能，通過在奈米碳管陣列10第一表面102形成刻蝕槽106，使去除區域14與保留區域12分離，在通過拉取奈米碳管結構40的方式區域去除區域14的奈米碳管。這種方式避免了直接通過鐳射刻蝕所有去除區域14時由於去除區域14面積太大而難以去除完全，效率較低的缺點，更為節能環保且操作簡便。

請參閱圖10，本發明進一步提供利用上述方法製造的奈米碳管器件80，包括器件的本體84及設置在該本體84表面的圖案化奈米碳管陣列82。該圖案化奈米碳管陣列82的形態能夠使得一奈米碳管結構40可以從該奈米碳管陣列中連續地拉出。將需要設置圖案化奈米碳管陣列82的本體84作為上述代替基底30，可以先將奈米碳管陣列10轉移至該本體84，然後通過所述步驟S2及S3形成圖案化奈米碳管陣列82。該本體84的材料不限，可以由絕緣的有機高分子聚合物形成，例如該本體84可以為印刷線路板、積體電路板、處理器或散熱器等需要在特定區域設置奈米碳管以利用奈米碳管的導電、導熱和/或力學性能的裝置。

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。舉凡習知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內。

10‧‧‧奈米碳管陣列

12‧‧‧保留區域

14‧‧‧去除區域

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

106‧‧‧刻蝕槽

20‧‧‧生長基底

22‧‧‧間隔裝置

202‧‧‧生長基底的表面

30‧‧‧代替基底

302‧‧‧代替基底的表面

304‧‧‧微結構

40‧‧‧奈米碳管結構

50‧‧‧拉取工具

60‧‧‧液態介質

60’‧‧‧固態介質

70‧‧‧低溫箱

80‧‧‧奈米碳管器件

82‧‧‧圖案化奈米碳管陣列

84‧‧‧本體

無

10‧‧‧奈米碳管陣列

12‧‧‧保留區域

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

106‧‧‧刻蝕槽

30‧‧‧代替基底

40‧‧‧奈米碳管結構

50‧‧‧拉取工具

Claims (16)

1. 一種圖案化奈米碳管陣列的製備方法，包括以下步驟：
   提供一轉移至代替基底表面的奈米碳管陣列，該奈米碳管陣列靠近該代替基底的表面為第二表面，遠離該代替基底的表面為第一表面，該奈米碳管陣列的形態能夠使得一奈米碳管結構從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該奈米碳管結構包括複數個首尾相連的奈米碳管；
   通過在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕，將該奈米碳管陣列劃分為兩部分，分別為保留區域和去除區域；以及
   通過從該去除區域拉取奈米碳管結構的方式去除該去除區域中的奈米碳管，並保留該保留區域的奈米碳管。
2. 如請求項1所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該奈米碳管陣列通過如下步驟轉移至該代替基底的表面：
   提供該代替基底及一生長基底，該生長基底表面具有該奈米碳管陣列；
   將該代替基底的表面接觸該奈米碳管陣列遠離該生長基底的表面；以及
   通過移動該代替基底與該生長基底中的至少一方，使該代替基底與該生長基底相遠離，從而使該奈米碳管陣列與該生長基底分離，並轉移至該代替基底，同時保持該奈米碳管陣列的形態能夠使該奈米碳管結構得以從該奈米碳管陣列中連續地拉出。
3. 如請求項2所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該代替基底的材料為聚二甲基矽氧烷。
4. 如請求項2所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，在該代替基底的表面具有微結構。
5. 如請求項2所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該代替基底與該生長基底之間設置有間隔裝置，該間隔裝置在該代替基底與該生長基底之間的高度小於或等於該奈米碳管陣列的高度。
6. 如請求項1所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該奈米碳管陣列通過如下步驟轉移至該代替基底的表面：
   提供該代替基底及一生長基底，該生長基底表面具有該奈米碳管陣列,該奈米碳管陣列靠近該生長基底的表面為第一表面，遠離該生長基底的表面為第二表面；
   將該代替基底設置在該奈米碳管陣列的第二表面，並使該代替基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間具有液態介質；
   使位於該代替基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間的液態介質固化變為固態介質；
   通過移動該代替基底與該生長基底中的至少一方，使該代替基底與該生長基底相遠離，從而使該奈米碳管陣列與該生長基底分離，並轉移至該代替基底，同時保持該奈米碳管陣列的形態能夠使該奈米碳管結構得以從該奈米碳管陣列中連續地拉出；以及
   通過升溫去除位於該代替基底與該奈米碳管陣列之間的固態介質。
7. 如請求項6所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該使該代替基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間具有液態介質的步驟包括：
   在該奈米碳管陣列的第二表面形成一層液態介質；以及
   將該代替基底的表面接觸該具有液態介質的第二表面。
8. 如請求項7所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，使位於該代替基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間的液態介質變為固態介質的步驟包括以具有凝固點以下溫度的代替基底接觸該具有液態介質的第二表面。
9. 如請求項6所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該使該代替基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間具有液態介質的步驟包括：
   在該代替基底的表面形成一層液態介質；以及
   將該代替基底具有液態介質的表面接觸該奈米碳管陣列的第二表面。
10. 如請求項6所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，使位於該代替基底與該奈米碳管陣列的第二表面之間的液態介質變為固態介質的步驟包括將該代替基底、液態介質、奈米碳管陣列及生長基底的層疊結構放入低溫箱中降溫至凝固點以下。
11. 如請求項6所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該液態介質為水，該固態介質為冰。
12. 如請求項2或6所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該代替基底與該生長基底中的至少一方的移動方向為垂直於該生長基底的奈米碳管生長表面。
13. 如請求項2或6所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該代替基底與該奈米碳管陣列之間的結合力大於該生長基底與該奈米碳管陣列之間的結合力且小於該奈米碳管陣列中奈米碳管間的凡得瓦力。
14. 如請求項1所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該在奈米碳管陣列的該第一表面進行鐳射刻蝕的步驟在該奈米碳管陣列的第一表面形成刻蝕槽。
15. 如請求項14所述的圖案化奈米碳管陣列的製備方法，其中，該刻蝕槽的深度小於或等於該奈米碳管陣列的高度。
16. 一種奈米碳管器件，其改進在於，包括本體及設置在該本體表面的圖案化奈米碳管陣列，該圖案化奈米碳管陣列的形態能夠使得一奈米碳管結構從該奈米碳管陣列中連續地拉出，該本體為印刷線路板、積體電路板、處理器或散熱器。