TWI426046B - 在奈米碳管表面形成缺陷的方法 - Google Patents

Description

在奈米碳管表面形成缺陷的方法

本發明涉及一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法。

奈米碳管由於具有可調控的奈米管腔結構，大的長徑比，較好的化學穩定性，及較大的比表面積，故，可用來作為催化劑載體。所述奈米碳管在作為催化劑載體時，通常需要用一定濃度的氫氟酸浸漬奈米碳管，從而在該奈米碳管表面形成復數缺陷。表面形成有復數缺陷的奈米碳管能夠承載更多的催化劑及增大催化劑的與被催化的原料之間的接觸面積。

然，通過氫氟酸浸漬的方法所形成的缺陷，在奈米碳管表面的形成位置難以控制，不利於更精確控制催化劑在該奈米碳管上的位置分佈。

有鑒於此，提供一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法實為必要，通過該方法能夠較精確地控制所述缺陷在奈米碳管表面的形成位置。

一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟：提供一基底；將至少一第一奈米碳管設置在該基底的一表面；將至少一第二奈米碳管與所述至少一第一奈米碳管交叉且接觸設置，所述第二奈米碳管的半徑大於所述第一奈米碳管的直徑；在該基底的 表面沈積一掩膜層，所述掩膜層的厚度大於所述第一奈米碳管的直徑且小於所述第二奈米碳管的半徑；對沈積有掩膜層的基底進行蝕刻，在所述第一奈米碳管與所述第二奈米碳管接觸的部位形成至少一缺陷。

一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟：提供一基底；將至少一第一奈米碳管設置在該基底的一表面；將至少一第二奈米碳管搭接在所述第一奈米碳管上，並使該第一奈米碳管與第二奈米碳管交叉設置，定義所述第一奈米碳管被所述第二奈米碳管覆蓋的部分為缺陷部，定義所述第二奈米碳管覆蓋所述第一奈米碳管的部分為遮蓋部；沿垂直於所述基底表面的方向沈積一掩膜層覆蓋該第一奈米碳管，且使該掩膜層的厚度大於所述第一奈米碳管的直徑且小於所述第二奈米碳管的半徑，以使得至少部分遮蓋部暴露出所述掩膜層的表面；對暴露出所述掩膜層的遮蓋部進行蝕刻以去除所述遮蓋部並使所述缺陷部暴露出所述掩膜層的表面；以及對暴露出所述掩膜層表面的缺陷部進行蝕刻，從而在所述缺陷部形成至少一缺陷。

相較於先前技術，通過選擇所述第二奈米碳管與第一奈米碳管的交叉位置，則可精確控制所述缺陷在所述第一奈米碳管的形成位置。故，本申請所提供的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，能夠精確控制該缺陷在奈米碳管表面的形成位置。當用具有該缺陷的第一奈米碳管承載催化劑時，能夠精確控制該催化劑在該第一奈米碳管上的位置分佈。

12‧‧‧基底

14‧‧‧第一奈米碳管

142‧‧‧缺陷部

144‧‧‧缺陷

16‧‧‧第二奈米碳管

162‧‧‧遮蓋部

18‧‧‧掩膜層

圖1為本發明實施例所提供的在奈米碳管表面形成缺陷的工藝流 程俯視結構示意圖。

圖2為本發明實施例所提供的在奈米碳管表面形成缺陷的工藝流程側視結構示意圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的在奈米碳管表面形成缺陷的方法。

請參閱圖1及圖2，本發明實施例提供一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法，該方法包括如下步驟：S10，提供一基底12；S20，將一第一奈米碳管14設置在該基底12的一表面；S30，將一第二奈米碳管16與所述第一奈米碳管14交叉且接觸設置，所述第二奈米碳管16的半徑大於所述第一奈米碳管14的直徑；S40，在該基底12的表面沈積一掩膜層18，所述掩膜層18的厚度大於所述第一奈米碳管14的直徑且小於所述第二奈米碳管16的半徑；S50，對覆蓋有掩膜層18的基底進行蝕刻，去除所述第二奈米碳管16與所述第一奈米碳管14交叉的部分，且在所述第一奈米碳管14與所述第二奈米碳管16接觸的部位形成一缺陷144；以及S60，去掉所述基底12及掩膜層18，得到表面形成有缺陷144的第一奈米碳管14。

在步驟S10中，所述基底12的形狀與材料不限。優選地，所述基 底12具有一平面，所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16均承載在該平面上。所述基底12可由絕緣材料形成，也可由非絕緣材料形成，只要能承載所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16即可。在本實施例中，所述基底12為一矽基底。

在步驟S20與步驟S30中，所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16可選用單根的單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管或多壁奈米碳管。定義所述第一奈米碳管14被所述第二奈米碳管16覆蓋的部分為缺陷部142，定義所述第二奈米碳管16覆蓋所述第一奈米碳管14的部分為遮蓋部162，則所述遮蓋部162與所述缺陷部142交叉接觸設置。所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16可為直線型奈米碳管、曲線型奈米碳管或具有其他形狀的奈米碳管。可以理解，當所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16中的一個或兩個均為曲線型奈米碳管時，所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16可有多處接觸，形成復數接觸點。即，所述第一奈米碳管14可具有復數缺陷部142，所述第二奈米碳管16可具有復數遮蓋部162用於遮擋所述缺陷部142。當所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16均為直線型單壁奈米碳管時，所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16僅可形成一個接觸點。即，所述第一奈米碳管14僅具有一個缺陷部142，所述第二奈米碳管16僅具有一個遮蓋部162用於遮擋所述缺陷部142。由於所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16交叉設置，故，所述第一奈米碳管14的軸向延伸方向與第二奈米碳管16的軸向延伸方向之間的夾角大於0度小於等於90度。優選地，所述第一奈米碳管14的軸向延伸方向與第二奈米碳管16的軸向延伸方向基本垂直。

為描述方便，定義所述第一奈米碳管14的直徑為D1，定義所述第二奈米碳管16的直徑為D2。所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16的直徑D1，D2不限，只要滿足D2>2*D1即可。通常，所述第一奈米碳管14的直徑D1大致在0.4奈米到25奈米之間，所述第二奈米碳管16的直徑D2大致在0.8到50奈米之間。所述第二奈米碳管16的直徑D2越大，所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16的接觸面積越大，所述缺陷144的面積越大。譬如，當所述第二奈米碳管16的直徑D2小於等於10奈米時，所述缺陷144沿第二奈米碳管16的軸向延伸方向上的尺寸小於等於10奈米。則當所述第一奈米碳管14為單壁奈米碳管時，所述第一奈米碳管14可用來製作單電子器件。在本實施例中，所述第一奈米碳管14與所述第二奈米碳管16為大致相互垂直的直線型奈米碳管，所述第一奈米碳管14的直徑大致為2.5奈米，所述第二奈米碳管16的直徑大致為10奈米。

在步驟S40中，形成所述掩膜層18的材料不限，只要在能夠遮蓋所述第一奈米碳管14未被所述第二奈米碳管16覆蓋的部分，又可在蝕刻過程中不被蝕刻即可。通常地，所述掩膜層18由絕緣材料製成，優選地，所述掩膜層18由不含碳材料的絕緣材料製成。所述絕緣材料包括二氧化矽、氧化鉿、氧化鋁或其他氧化物。在本實施例中，所述掩膜層18的由二氧化矽製成，該掩膜層18厚度大致為3奈米。形成所述掩膜層18的工藝不限，只要能夠使所述掩膜層18沿垂直於所述基底12表面的方向沈積即可。在本實施例中，形成所述掩膜層18的工藝包括電子束蒸鍍和磁控濺射。

當所述掩膜層18沿垂直於所述基底12表面的方向沈積在所述基底 12上時，所述掩膜層18既可沈積在所述基底12，也可沈積在所述第一奈米碳管14與第二奈米碳管16的表面。该掩膜层18的厚度大於所述第一碳纳米管14的直径小於所述第二碳纳米管16的半径。為描述方便，定義所述掩膜層18的厚度為H。由於H>D1，故，所述第一奈米碳管14沒被所述第二奈米碳管16覆蓋的部分將被所述掩膜層18完全覆蓋。即，所述第一奈米碳管14中除所述缺陷部142的所有部分均可被所述掩膜層18完全覆蓋。

而又由於所述H<D2/2，故，所述第二奈米碳管16至少部分未被所述掩膜層18覆蓋，從而暴露出所述掩膜層18。具體地，定義所述第二奈米碳管16由相互對稱的第一部分與第二部分組成，其中，所述第一部分為遠離所述基底12的部分，所述第二部分為靠近所述基底12的部分，可以理解，所述第二部分的高度為所述第二奈米碳管16的半徑，即，所述第二部分的高度大於所述掩膜層18的厚度。當所述掩膜層18沈積在所述第二奈米碳管16時，所述第一部分的外表面被覆蓋，由於第二部分的高度大於所述掩膜層18的厚度，所述第二部分不能完全被所述掩膜層18覆蓋，尤其是該第二部分靠近所述第一部分的部分將會暴露出所述掩膜層18。

在步驟S50中，所述對覆蓋有掩膜層18的基底12的蝕刻方法不限，只要能夠在所述第一奈米碳管14與所述第二奈米碳管16接觸的部位，即缺陷部142，形成所述缺陷144即可。通常，所述蝕刻方法為離子蝕刻，如反應離子蝕刻(Reaction-Ion-Etching，RIE)。具體地，可將覆蓋有掩膜層18的基底12放置於一微波等離子體系統中，該微波等離子體系統的一感應功率源可產生氧等離子體、氯等離子體或氬等離子體。等離子體以較低的離子能量從產 生區域擴散並漂移至所述基底12表面，由於所述第二奈米碳管16不能完全被所述掩膜層18覆蓋而暴露出所述掩膜層18，所述第二奈米碳管16，尤其是該第二奈米碳管16中的第二部分靠近所述第一部分的部分將與所述等離子體產生反應或者被等離子蝕刻。從而所述第二奈米碳管16能夠因蝕刻而去掉，所述遮蓋部162將也會因蝕刻而去掉。當該遮蓋部162被蝕刻後，由該遮蓋部162遮蓋的缺陷部142將暴露出所述掩膜層18並被所述等離子蝕刻，從而可在所述缺陷部142形成所述缺陷144，即，可得到形成有缺陷144的奈米碳管。

在步驟S60中，去掉所述基底12及掩膜層18的方式不限，只要能夠取出表面形成有缺陷144的第一奈米碳管14即可。譬如，可用僅與所述掩膜層18反應而不與所述第一奈米碳管14反應的化學溶液浸泡所述掩膜層18以去掉所述掩膜層18。當所述掩膜層18被去掉後，可採用機械或者其他方式將所述第一奈米碳管14從所述基底12取下來，即可得到表面形成有缺陷144的第一奈米碳管14。當然，由於步驟S60對該缺陷144的形成並不影響，故，如需要將該第一奈米碳管14固定在該基底12上，此時該步驟S60可省略。

可以理解，為了獲得復數具有該缺陷144的第一奈米碳管14，可在步驟S20中，選擇復數第一奈米碳管14設置在所述基底12的表面。優選地，所述復數第一奈米碳管14的直徑大致相等。為了在所述第一奈米碳管14且獲得復數缺陷144，還在步驟S30中選擇復數第二奈米碳管16與所述第一奈米碳管14交叉重疊設置，從而在所述第一奈米碳管14形成復數缺陷部142。優選地，復數第一奈米碳管14平行設置，復數第二奈米碳管16平行設置且垂直於所述 第一奈米碳管14。

由於所述缺陷144的沿所述第一奈米碳管14軸向方向的長度基本與所述第二奈米碳管16的直徑相當，而所述缺陷144的沿所述第一奈米碳管14徑向方向的長度則取決於所述第一奈米碳管14的直徑及所述缺陷部142被蝕刻的時間。故，通過選擇具有選定直徑的第二奈米碳管16及蝕刻時間，即可控制所述缺陷144的尺寸，如面積，深度。而通過選擇所述第二奈米碳管16與第一奈米碳管14的交叉位置，則可控制所述缺陷144在所述第一奈米碳管14上的形成位置。故，本申請所提供的在第一奈米碳管14表面形成缺陷144的方法，能夠精確控制該缺陷144在第一奈米碳管14表面的形成位置與尺寸。當用具有該缺陷144的第一奈米碳管14承載催化劑時，能夠精確控制該催化劑在該第一奈米碳管14上的位置分佈。

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。

12‧‧‧基底

14‧‧‧第一奈米碳管

142‧‧‧缺陷部

144‧‧‧缺陷

16‧‧‧第二奈米碳管

18‧‧‧掩膜層

Claims (9)

1. 一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟：提供一基底；將至少一第一奈米碳管設置在該基底的一表面；將至少一第二奈米碳管與所述至少一第一奈米碳管交叉且接觸設置，所述第二奈米碳管的半徑大於所述第一奈米碳管的直徑；在該基底的表面沈積一掩膜層，所述掩膜層的厚度大於所述第一奈米碳管的直徑且小於所述第二奈米碳管的半徑；以及對沈積有掩膜層的基底進行蝕刻，去除所述第二奈米碳管且在所述第一奈米碳管與所述第二奈米碳管接觸的部位形成至少一缺陷。
2. 如請求項1所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中，所述基底為絕緣基底。
3. 如請求項1所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中，所述第一奈米碳管的軸向延伸方向與第二奈米碳管的軸向延伸方向之間的夾角大於0度小於等於90度。
4. 如請求項3所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中，所述第一奈米碳管的軸向延伸方向與第二奈米碳管的軸向延伸方向基本垂直。
5. 如請求項1所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中，所述掩膜層的材料為二氧化矽、氧化鉿或氧化鋁。
6. 如請求項1所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中， 沈積該掩膜層的工藝包括電子束蒸鍍及磁控濺射。
7. 如請求項1所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中，所述對覆蓋有掩膜層的基底進行蝕刻的方法為離子蝕刻。
8. 如請求項1所述的在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其中，進一步包括如下步驟：去掉所述基底及掩膜層，得到表面形成有缺陷的第一奈米碳管。
9. 一種在奈米碳管表面形成缺陷的方法，其包括如下步驟：提供一基底；將至少一第一奈米碳管設置在該基底的一表面；將至少一第二奈米碳管搭接在所述第一奈米碳管上，並使該第一奈米碳管與第二奈米碳管交叉設置，定義所述第一奈米碳管被所述第二奈米碳管覆蓋的部分為缺陷部，定義所述第二奈米碳管覆蓋所述第一奈米碳管的部分為遮蓋部；沿垂直於所述基底表面的方向沈積一掩膜層覆蓋該第一奈米碳管，且使該掩膜層的厚度大於所述第一奈米碳管的直徑且小於所述第二奈米碳管的半徑，以使得至少部分遮蓋部暴露出所述掩膜層的表面；對暴露出所述掩膜層的遮蓋部進行蝕刻以去除所述遮蓋部並使所述缺陷部暴露出所述掩膜層的表面；以及對暴露出所述掩膜層表面的缺陷部進行蝕刻，從而在所述缺陷部形成至少一缺陷。