專利名稱：一種碳納米管陣列處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米材料，特別涉及一種碳納米管陣列處理方法。
背景技術：
碳納米管是一種由碳原子組成的直徑為納米量級的管狀物，是在1991年由日本科學家Iijima[Nature 354，56(1991)]在電弧放電的產物中首次發(fā)現的。碳納米管的特殊結構決定了其具有高抗張強度和高度熱穩(wěn)定性。隨著碳納米管的長度、直徑和螺旋方式的變化，碳納米管可呈現出金屬性或半金屬性。碳納米管陣列的選擇性定位和構筑具有特別重要的基礎和應用研究價值，尤其是在場發(fā)射平板顯示器、真空微電子源以及新型功能納米器件等應用領域。所有這些應用都需要一種特殊的處理方法，使碳納米管陣列具有均一的構型或周期性的排列。
就碳納米管在場發(fā)射應用的性能而言，現有技術中，由于制備的碳納米管陣列中各個碳納米管之間的電場屏蔽效應比較大，所以其場發(fā)射本領與單根的碳納米管相差很大。因此通常會引入各種后處理，比如激光處理、等離子體處理、化學處理等等，以減小電場屏蔽效應，降低場發(fā)射電壓，改善場發(fā)射性能。
Zhao WJ，Kawakami N，Sawada A等人在Field Emission fromScreen-printed Carbon Nanotubes Irradiated by Tunable Ultraviolet Laser inDifferent Atmospheres(Journal of Vacuum Science & Technology B 21(4)1734-1737 Jul-Aug 2003)中介紹了一種用紫外激光處理印刷碳納米管發(fā)射體的方法。該方法以常用的有機膠將多層壁碳納米管(Multiwalled CarbonNanotubes)通過絲網印刷(Screen Print)于銦錫氧化物(Indium-Tin-Oxide，ITO)或玻璃基板上；通過調節(jié)紫外激光波長、照射時間、能量密度以及在空氣中或真空中對所述印刷于基板上的碳納米管陣列進行處理。通過該方法處理得到的碳納米管發(fā)射體的起始電壓從3.2V/μm降到了1.2V/μm，場發(fā)射性能得到明顯改善。
Kanazawa Y，Oyama T，Murakami K等人在Improvement in ElectronEmission from Carbon Nanotube Cathodes after Ar Plasma Treatment(Journal ofVacuum Science & Technology B 22(3)1342-1344 May-Jun 2004)介紹了一種用氬等離子體處理碳納米管發(fā)射體表面的方法。該方法以常用的有機膠將多層壁碳納米管(Multiwalled Carbon Nanotubes)通過絲網印刷(Screen Print)于銦錫氧化物玻璃(Indium-Tin-Oxide Glass)基板上；將所述碳納米管暴露于放電電壓250伏(Volt)，射頻功率60瓦(Watt)，壓力40帕(Pa.)的氬等離子區(qū)，照射時間3到5分鐘不等。處理后發(fā)射體的起始電壓從3.3V/μm降到了1.7V/μm，場發(fā)射性能也得到明顯改善。
但是，上述兩種碳納米管陣列的處理方法所需設備較為復雜和昂貴，且操作使用較為復雜，使得成本增加。
綜上，提供一種能夠降低碳納米管之間屏蔽效應且形成過程簡單、成本較低的碳納米管陣列處理方法實為必要。

發(fā)明內容為克服現有技術中碳納米管陣列處理方法中圖形陣列形成過程復雜及制作成本高的技術缺點，本發(fā)明提供一種能夠降低碳納米管之間屏蔽效應且形成過程簡單、成本較低的碳納米管陣列處理方法。
為實現上述目的，本發(fā)明提供一種碳納米管陣列處理方法，包括以下步驟在基底上形成一碳納米管陣列；通過預定形狀的模壓裝置對所述碳納米管陣列壓?。蝗∠履貉b置，形成相應形狀的碳納米管陣列。
與現有技術相比，本發(fā)明所提供的碳納米管陣列處理方法有以下優(yōu)點所述碳納米管陣列通過機械方法壓印而成，工藝簡單、成本較低、有利于大批量生產。

圖1至圖4為本發(fā)明碳納米管陣列處理工藝示意圖。
圖5是壓印前CVD方法生長形成的碳納米管陣列的SEM(ScanningElectron Microscope，掃描電子顯微鏡)圖。
圖6是第一實施例處理后的碳納米管陣列的SEM圖。
圖7是第二實施例處理后的碳納米管陣列的SEM圖。
圖8是第三實施例處理后的陰極場發(fā)射發(fā)光圖。
圖9是同一個碳納米管陣列處理前后場發(fā)射性能增強的對比圖。
具體實施方式下面將結合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
請參閱圖1至圖4，本發(fā)明提供的碳納米管陣列處理方法包括以下步驟1)提供一基底10并在基底上形成一碳納米管陣列11；2)選擇預定圖形的模壓裝置12對所述碳納米管陣列11進行壓??；3)取下模壓裝置12，形成具有相應圖形的碳納米管陣列13。
所述基底10的材料包括玻璃、硅、金屬及其氧化物。
所述形成碳納米管陣列11的方法包括CVD法、沉積法及印刷法。
所述預定圖形包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形等多邊形及圓形陣列或不規(guī)則圖案形狀。
所述模壓裝置12包括可形成預定圖形的金屬及非金屬模壓裝置。
所述金屬包括鐵、銅、鎳等金屬及其合金。
所述非金屬包括硅、氧化硅、碳化硅、金剛石、氧化鋁、陶瓷等等。
所述金屬模壓裝置形成方法包括光刻法、編織法。
所述非金屬模壓裝置形成方法包括光刻法、深蝕刻法。
圖5和圖6分別是本發(fā)明第一實施例碳納米管陣列處理前后的SEM圖。
首先，通過CVD法在基底上形成碳納米管陣列；其次，將光刻形成的金屬網(四邊形陣列)置于所述碳納米管陣列表面；然后，用一平板壓于所述金屬網上，均勻施加壓力；最后，取下平板及金屬網，形成圖6所示的四邊形碳納米管陣列。
圖7是本發(fā)明第二實施例碳納米管陣列處理后的SEM圖。該實施例采用圓形陣列的模壓裝置對CVD法在基底上形成的碳納米管陣列進行壓印，其中，除模壓裝置的圖形外，各條件均與第一實施例相同。
圖8是本發(fā)明第三實施例碳納米管陣列處理后的陰極場發(fā)射發(fā)光圖。該實施例采用六邊形陣列的模壓裝置對CVD法在基底上形成的碳納米管陣列進行壓印，其中，除模壓裝置的圖形外，各條件均與第一實施例相同。從圖8可以看出，處理后的碳納米管陣列的場發(fā)射發(fā)光圖形與處理圖形一致。
請參閱圖9，同一個碳納米管陣列處理前后，電流密度到10μA/cm2時，處理前所需要的發(fā)射電壓值101(即起始電壓)為2.8V/μm，處理后所需要的發(fā)射電壓值201降到了0.9V/μm，電流密度到10mA/cm2時，處理前所需要的發(fā)射電壓值102(即閾值電壓)為5.3V/μm，處理后所需要的發(fā)射電壓值202降到了1.9V/μm。場發(fā)射性能有很大改善。
與現有技術相比，本發(fā)明所提供的碳納米管陣列處理方法有以下優(yōu)點第一，所述碳納米管陣列圖形通過機械方法壓印而成，成本較低、工藝簡單、有利于大批量生產；第二，由于通過化學氣相沉積法制備的碳納米管陣列碳納米管之間互相纏繞，可以互相限制，在處理后保持穩(wěn)定的形狀；當印刷法制備的碳納米管層比較蓬松時，也可在處理后保持穩(wěn)定的形狀；第三，由于形成了圖形形狀，原來的碳納米管陣列表面形成了分立的一個個碳納米管陣列單元，屏蔽效應減弱；每個分立的碳納米管陣列邊緣都還有一些單根的碳納米管伸出來，成為很有效的發(fā)射點，碳納米管陣列場發(fā)射性能有很大改善。
可以理解的是，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發(fā)明的技術方案和技術構思做出其它各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種碳納米管陣列處理方法，包括步驟一基底，其上形成一碳納米管陣列；通過預定圖形的模壓裝置對所述碳納米管陣列壓?。蝗∠履貉b置，形成具有相應圖形的碳納米管陣列。
2.如權利要求1所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述基底材料包括玻璃、硅、金屬及其氧化物。
3.如權利要求1所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述形成碳納米管陣列的方法包括化學氣相沉積法、沉積法及印刷法。
4.如權利要求1所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述預定圖形包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形及圓形陣列或不規(guī)則圖案形狀。
5.如權利要求1所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述模壓裝置包括金屬模壓裝置及非金屬模壓裝置。
6.如權利要求5所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述金屬包括鐵、銅、鎳及其合金。
7.如權利要求5所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，非金屬包括硅、氧化硅、碳化硅、金剛石、氧化鋁、陶瓷。
8.如權利要求5所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述金屬模壓裝置形成方法包括光刻法、編織法。
9.如權利要求5所述的碳納米管陣列處理方法，其特征在于，所述非金屬模壓裝置形成方法包括光刻法、深蝕刻法。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米材料，特別涉及一種碳納米管陣列處理方法。本發(fā)明中，在基底上形成一碳納米管陣列；通過預定圖形的模壓裝置對所述碳納米管陣列壓印；取下模壓裝置，形成具有相應圖形的碳納米管陣列。該方法工藝簡單、成本較低、有利于大批量生產。
文檔編號B82B3/00GK1757594SQ20041005180
公開日2006年4月12日 申請日期2004年10月6日 優(yōu)先權日2004年10月6日
發(fā)明者柳鵬, 盛雷梅, 魏洋, 劉亮, 潛力, 胡昭復, 杜秉初, 陳丕瑾, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司