阵列碳纳米管薄膜厚度调控研究

热 电偶
图１ 实验装 置结 构简 图
Ｆｉ ｇ １ Ｓｅ ｔ ｕ ｐ ｏ ｆ ｅ ｘｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ
３ 结 果 分 析 与 讨 论
实验 中 主要研 究 了催 化 剂浓度 、 载 气 流速 、 生 长 时 间这 ３ 个 因 素对 阵列碳 纳米 管薄 膜厚 度 的影 响 。
（ １ ．西 南科 技大 学 材 料科 学 与工程 学 院 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ０ １ ０ ； ２ ．中国工程 物理 研究 院激 光聚变 研究 中心 ， 四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０ ）
摘 要 ： 采 用化 学 气相 沉 积 法制 备 了阵列 碳 纳 米 管 备定 向碳 纳米 管 阵列 ， 是 目前 最 常 用 的方 法 。本 文 采 用连 续进 样 的化 学 气 相沉 积 法 ， 以二 甲苯 为 碳 源 二 茂
关键词 ： 阵列碳 纳米 管 ； 厚度； 生长速 度
中图分 类号 ： ＴＱ１ ７ ７ 文献标 识码 ： Ａ ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ Ｏ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ Ｏ １ ３ ． １ ５ ． Ｏ Ｏ ７
成催 化剂前 驱液 ， 静置 ２ ４ ｈ后备 用 ， 石 英基 底 置 于石英
ｌ 引 言
碳 纳 米管 自 １ ９ ９ １年被 Ｉ ｉ ｊ ｉ ｍａ ｌ １ 发 现 以来 ， 以其 卓 越 的电学 、 力学 、 光学 以及 热学性 能 吸引 了众 多 国 内外 学者 的关 注＿ ２ ］ 。随后 制备 成功 的定 向碳 纳米 管 ］ ， 显 示 出 了更 加独 特 的性 能 ， 目前 对 定 向碳 纳米 管 研 究 较 多 的是其 优 异 的场 发 射 特 性＿ ７ ］ 。然 而 ， 有 研 究 发 现 定 向碳纳米 管 薄膜 的厚度 对其 场发射 性 能有 着一 定 的影 响ｌ ８ ｊ 。此 外 ， 定 向碳 纳米 管 阵列 ， 具有 一 致 的长 径 比 、 较 好 的取 向与纯 度 ， 特 别 是 其特 殊 的管 状 结构 及 电荷 传 输性 能对 高 能 电子 具 有 优越 的输 运 和准 直 特 性 ］ ， 有 望作 为激 光惯性 约 束聚变 （ Ｉ Ｃ Ｆ ） 研 究 中的靶 材 ， 解 决 高能 电子 的传输 问题 。作 为高 能 电子 定 向输 运用 的阵 列碳 纳米管 薄 膜靶 ， 其 与定 向输 运 结果 密 切 相 关 的阵 列薄 膜厚 度 需 要 得 到 很 好 的 控 制 并 具 有 良好 的 重 现 性， 这样所 获得 的实 验 结果 才 能 对 理 论模 拟 结 果 进 行
２ ４ ｕ ｍ／ ｍｉ ｎ， ６ ０ ｍｉ ｎ之 后 生 长 速 度 减 缓 。
２ 实 验
采 用化 学气 相沉 积 法 （ Ｃ ＶＤ） ， 在 Leabharlann Baidu 英 基 底 上制 备 定 向排 列 的 多壁 碳 纳 米 管 阵 列 ， 以 二 甲苯 为 碳 源 ， 二茂铁 作 为催化 剂 ， 将 两 者 混 合 液超 声 振 荡 １ ０ ｍｉ ｎ制
薄膜 ， 对 薄膜 生长 厚 度进 行 了 系统研 究 。利 用 扫描 电
子显微 镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 拉 曼光 谱 （ Ｒａ ｍａ ｎ ） 对 样 品 形 貌 以 及
结构进 行 了表 征 。结 果 发现 ， 在相 同 的 生长 时 间和 一
铁 为催 化剂制 备 阵列 碳 纳米 管 ， 并 通 过 改 变 制 备 工 艺 条件 ， 研 究 了各 种 实验 条 件 对 阵 列碳 纳 米 管 薄 膜 厚 度
目前 已经有很 多科 研人员 对碳 纳米 管 阵列 的制备
进 行 了研 究 。制备 碳纳 米 管 阵列 的方法 主 要 有 以下 ３
种： 电弧法 ］ 、 模 板 法…。 以及 化 学气 相 沉积 法 ｌ １ 。 。 其 中化 学气 相沉 积法 制备碳 纳米 管 阵列所 需 的设 备 和 工艺 流程相 对 比较 简 单 ，制备 条 件 相 对 可 控 ， 易 于 制
的影 响 ， 以达 到对 其厚 度有 效调 控 的 目的 。
定 的催 化 剂浓 度 范 围 内， 阵列 碳 纳 米 管 的 薄膜 厚 度 随
催化 剂浓 度提 高而 增加 ； 在 生长 时间相 同时 ， 阵列碳 纳
米 管薄膜 厚度 随 载 气 流速 的 增 加 而 降低 ， 且 下 降趋 势 近似 为 线性 ； 随着 生长 时间 的增长 ， 阵 列碳 纳米 管 薄膜 的厚度也 随之 增加 ， 且在前 ６ ０ ｍｉ ｎ生 长速 度 最 快 达到
验证 并进 而对 理 论 模 型 进行 修 正 。 因此 ， 对 阵列 碳 纳 米 管薄膜 厚度 进行 有效 调控有 着重 要 的意义 。
不 锈钢 管将 一定 浓 度 的催 化剂 前 驱 液 导 入 反 应 室 ， 通 过 精密 流量 泵控 制进 液速 度 。用 热 电偶 实 时测 量 不锈 钢 管 的端部 温度 ， 即催 化剂 前驱 液裂 解 温度 ， 同时 可通 过调节 不锈 钢管 端部 位置 来调 节裂 解 口处 温度 。将石 英片基 底 置于石 英 舟上 。反应 前先 把石 英 片分 别 在丙 酮、 乙醇 、 去离 子水 中超声 １ ０ ｍｉ ｎ ， 烘干后 备 用 。
舟上 ， 放 入石英 管 中部 恒 温 区 ， 升 温过 程 通 Ａｒ 作 为 保
护气 。具 体制 备碳 纳 米 管 的 装 置 如 图 １所 示 ， 主要 由 单 温加 热炉 、 石英 管 、 精 密 流量泵 组成 。放 置 在 加热 炉
中的石 英管 内径 ６ ０ ｍｍ， 加热区长 ４ ０ ０ ｍｍ， 利用 ３ ｍｍ
锨
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ － ２ １ ６ ２ — ０ ４
材
料
２ ０ １ ３ 年第 １ ５ 期（ ４ ４ ） 卷
阵 列碳 纳 米 管 薄 膜 厚 度 调 控 研 究
马康 夫 ， 付 志兵 ， 杨 曦 ， 王 朝 阳 ， 唐 永 建