專利名稱：碳納米管制造方法
技術領域：
本發(fā)明是關于碳納米管的制造方法。
背景技術：
碳納米管為1991年由Iijima于電弧放電產物中首次發(fā)現，因其具有優(yōu)異的物理化學性能而備受關注。目前，碳納米管制備工藝主要有三種，即電弧放電法、雷射燒蝕法以及化學氣相沉積法。其中，化學氣相沉積法以其工藝簡便、成本低、納米管規(guī)模易控制、長度大、收率較高等特點而得到廣泛的研究與應用。
化學氣相沉積法主要是運用納米尺度的過渡金屬或其氧化物作為催化劑，在相對低的溫度下熱解含碳的源氣體來制備碳納米管。通常用此法所制得的碳納米管無序混亂且無法取向。這將嚴重影響碳納米管的性質研究及其實際應用，尤其當其作為場發(fā)射陰極材料應用時，其發(fā)射效率、穩(wěn)定性及發(fā)射壽命將顯著降低。因此，如何控制碳納米管的生長方向以使其形成有序陣列成為一急待解決的問題。
徐東升等在2000年8月《中國科學(B輯)》第30卷第4期發(fā)表的《以多孔硅為模板制備取向碳納米管》論文中揭示一種以多孔硅為模板、采用有機氣體催化熱解法在多孔硅基上制備具有取向性碳納米管陣列的方法。文中指出，其多孔硅襯底由陽極氧化法制得，試驗表明孔徑在10～100nm的多孔硅襯底對碳納米管生長有控制作用，碳納米管的直徑隨著襯底孔徑的增大而增大。
另外，王成偉等在同年11月《中國科學(A輯)》第30卷第11期發(fā)表的《模板法合成高度取向碳納米管有序陣列膜的場電子發(fā)射特性》論文中也揭示一種以多孔陽極氧化鋁為模板，通過化學氣相沉積法制備大面積高度取向的由表面碳膜固定保持的碳納米管陣列膜的方法。
上述文獻均利用基底的“模板效應”控制碳納米管的生長，使其具備高度取向性。而且二者采用的模板均直接由陽極氧化法制得。一般而言，陽極氧化法只能得到小面積有序的納米孔洞模板，且所得到的納米孔洞直徑不均勻、深度不易控制。從而影響采用該種模板制得的碳納米管的取向性及均勻性。
有鑒于此，提供一種制造具有高取向性及高均勻性碳納米管的方法實為必要。

發(fā)明內容為克服現有技術因模板的孔洞大小、深度不均造成所生長的碳納米管取向性低且均勻性差的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種可獲得高向性及高均勻性的碳納米管制造方法。
為實現上述目的，本發(fā)明提供的碳納米管制造方法包括下列步驟采用X光深刻電鑄模造(LIGA，Lithography Eletroforming Micro Molding)制程形成一表面具有微孔結構的基底；采用化學氣相沉積法在基底表面生長與其基本垂直的碳納米管。
所述X光深刻電鑄模造制程包括下列下列步驟提供一具有一供碳納米管生長表面的基底；在基底表面形成具預定圖案的光阻材料層；蝕刻基底表面以形成與光阻材料層相應的圖案；去除光阻材料層。
所述采用化學氣相沉積法在基底表面生長與其基本垂直的碳納米管包括下列步驟在基底表面沉積催化劑；提供一碳源氣，并使其在預定溫度下與催化劑接觸使得碳納米管基本垂直于基底表面長出。
所述微孔孔徑可為20～100nm。
相對于先前技術，本發(fā)明采用X光深刻電鑄模造制程處理用于碳納米管生長的基底，使其表面形成直徑均勻且深度易控的微孔結構，利用其“模板效應”并結合化學氣相沉積法生長出具高取向性及高均勻性的碳納米管。

圖1是本發(fā)明的碳納米管制造流程圖；圖2是本發(fā)明采用的X光深刻電鑄模造制程形成一表面具有微孔結構的基底的流程示意圖；圖3是本發(fā)明采用的化學氣相沉積法在經過上述X光深刻電鑄模造制程處理后的基底表面生長碳納米管的流程示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發(fā)明所提供的碳納米管制造方法包括下列步驟采用X光深刻電鑄模造制程形成一表面具有納米微孔結構的基底8；采用化學氣相沉積法在基底表面生長出與其垂直的碳納米管12。
請參閱圖2，本發(fā)明提供的X光深刻電鑄模造制程包括以下步驟(2a)提供一硅片、石英片或金屬片作為供碳納米管生長的基底4，其中金屬片最好為銅片或鐵片；(2b)在基底表面涂敷一光阻材料層6(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或聚碳酸酯等)，再將一設有預定圖案的光罩(圖未示)置于光阻材料層6上并于X光中曝露一定時間，以氫氧化鉀等堿性溶液為顯影劑采用濕式腐蝕法使光阻材料層出現預定圖案；(2c)采用反應性離子蝕刻法蝕刻基底4表面以形成與光阻材料層相應的預定圖案；(2d)使用有機溶劑如丙酮等去除光阻材料層6。
由此所得的基底8的表面具有微孔7，該微孔的孔徑最好為20～100nm。
值得注意的是，當采用X光深刻電鑄模造制程形成以金屬為基材的基底8時，還可選擇以下步驟(2a’)提供一表面形成有具預定圖案的光阻材料層6的導電基板(圖未示)；(2b’)在導電基板表面電鍍一包覆光阻材料層6的金屬層(圖未示)；(2c’)去除導電基板及光阻材料層6，以形成具有預定圖案的金屬層作為供碳納米管生長的基底8。
另外，采用X光深刻電鑄模造法對物體進行微機械加工的具體制程可參考第6,245,849號、第6,472,459號及第6,455,233號美國專利的相關內容。
請參閱圖3，利用化學氣相沉積法在經過上述X光深刻電鑄模造制程處理的基底8表面生長碳納米管可包括步驟(3a)在基底8表面沉積催化劑。可用電子束蒸鍍、濺射或涂敷等方法將催化劑沉積在具有微孔的基底表面，使其形成4～10nm厚的催化劑薄膜10，催化劑選自鐵、鈷、鎳及其氧化物的一種或多種物質。
(3b)提供一碳源氣，并使其在預定溫度下與催化劑接觸以使得碳納米管基本垂直于基底表面長出。在溫度300℃～500℃，空氣氣氛下，對催化劑薄膜10進行8～12小時的退火處理，使其收縮成分離的納米級顆粒(圖未示)，并將帶有催化劑顆粒的基底8同時放進反應爐(圖未示)；通入保護氣體(未標示)將空氣完全趕盡，同時將反應爐加熱至550～1000℃；然后通入保護氣體與碳源氣(未標示)，保護氣體可為氬、氮或氦氣等，碳源氣可為乙炔、甲烷、乙烯等；約15秒～40分鐘后，高度一定的碳納米管12在基底表面長出。
采用化學氣相沉積法在基底8表面生長碳納米管12的具體步驟及反應條件還可參考第6,232,706號美國專利、第96120461.3號中國專利以及上述論文《以多孔硅為模板制備取向碳納米管》的相關內容。
另外，本領域所屬技術人員應明白，本發(fā)明提供的X光深刻電鑄模造制程處理基底表面以及化學氣相沉積法生長碳納米管的具體步驟均為舉例說明本發(fā)明，不應為具體實施例所限?？梢岳斫獾氖牵景l(fā)明的碳納米管制造方法可進一步包括一將所得的碳納米管由基底取出的步驟。
本發(fā)明采用X光深刻電鑄模造制程處理用于碳納米管生長的基底，使其表面形成直徑均勻且深度易控的納米微孔結構，利用其“模板效應”采用化學氣相沉積法生長出具高取向性及高均勻性的碳納米管。
綜上所述，本發(fā)明確已符合發(fā)明專利條件，茲依法提出專利申請。另外，以上所述的僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡熟悉本案技藝的人士，依本案發(fā)明精神所作的等效修飾或變化，皆應包含于以下的專利權利要求書內。
權利要求
1.一種碳納米管制造方法，其特征在于該方法包括下列步驟采用X光深刻電鑄模造制程形成一表面具有微孔結構的基底；采用化學氣相沉積法在基底表面生長與其基本垂直的碳納米管。
2.如權利要求1所述的碳納米管制造方法，其特征在于所采用X光深刻電鑄模造制程包括以下步驟提供一具有一供碳納米管生長的表面的基底；在基底表面形成具有預定圖案的光阻材料層；對基底表面進行蝕刻，以使其形成與光阻材料層相應的預定圖案；去除光阻材料。
3.如權利要求1所述的碳納米管制造方法，其特征在于所采用X光深刻電鑄模造制程包括以下步驟提供一表面形成具有預定圖案的光阻材料層的金屬基板；在該導電基板表面形成一包覆光阻材料層的金屬層；去除導電基板及光阻材料層，以使其形成具有相應的預定圖案的金屬層作為供碳納米管生長的基底。
4.如權利要求2或3所述的碳納米管制造方法，其特征在于該具有預定圖案的光阻材料層的形成方法包括以下步驟提供一設置有預定圖案的光罩；在基底或基底表面形成一光阻材料層；將光罩置于光阻材料層上并在X光中曝露一定時間；采用處理液使光阻材料層出現預定圖案。
5.如權利要求1所述的碳納米管制造方法，其特征在于該微孔孔徑為20～100nm。
6.如權利要求1所述的碳納米管制造方法，其特征在于該基底包括硅、石英或金屬。
7.如權利要求1所述的碳納米管制造方法，其特征在于所述化學氣相沉積法在基底表面生長與其基本垂直的碳納米管的步驟包括以下步驟基底表面沉積催化劑；提供一碳源氣，并使它在預定溫度下與催化劑接觸以使得碳納米管基本垂直于基底表面長出。
8.如權利要求7所述的碳納米管制造方法，其特征在于該催化劑選自鐵、鈷、鎳及其氧化物的一種或多種物質。
9.如權利要求7所述的碳納米管制造方法，其特征在于該碳源氣體選自乙炔、甲烷和乙烯。
10.如權利要求1所述的碳納米管制造方法，其特征在于該碳納米管制造方法進一步包括一將所得的碳納米管由基底取出的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生長碳納米管的方法，包括下列步驟采用X光深刻電鑄模造(LIGA，Lithography Eletroforming Micro Molding)制程形成一表面具有微孔結構的基底；采用化學氣相沉積法在基底表面生長與其基本垂直的碳納米管。本發(fā)明采用X光深刻電鑄模造制程處理用于碳納米管生長的基底，解決先前技術中碳納米管取向性低且均勻性差的問題。
文檔編號C01B31/02GK1654320SQ20041001537
公開日2005年8月17日 申請日期2004年2月12日 優(yōu)先權日2004年2月12日
發(fā)明者宋長志 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司