[发明专利]制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法

说明书

技术领域

本发明是关于纳米尺度悬壁梁的制备方法，具体地说，是关于碳纳米管悬壁梁阵列的 制备方法。

背景技术

悬壁梁结构是微机电系统中常见的一种结构，多数是由硅、氮化硅或聚合物制成的， 通常利用微加工技术来制备。悬壁梁结构用途广泛，可用于构建原子力显微镜、用于医疗 诊断的生物传感器[H.P.Lang等，Materials Today，4，30(2005)]。但由于微加工技术，很 难获得100nm以下的悬壁梁，且限于材料本身，悬壁梁结构多数只能利用材料的力学性能 来工作，很难将声、电、光、磁等引入悬壁梁的体系。

碳纳米管因其独特的分子结构，具有优异的力学、热学、电学、磁学等性质，可望成为微 机电系统的重要材料。利用碳纳米管研制了超灵敏的气体、压力或流体等传感器、发电机 和电动机等装置。最近有人从理论上研究了悬壁梁结构可用作振荡器和具有开关功能的纳 米机电系统[C.H.Ke等，Apply Physics Letters，85，681(2004)；H.Jiang等Physical Review Letters，93，185501-1(2004)；Zhao Wang等，Physical Review B 75，205414(2007)]，但至今 为止，尚无利用碳纳米管可控制备大规模的悬壁梁阵列的成功例子。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种用碳纳米管制备大规模悬壁梁阵列的方 法，一方面可大幅度减小悬壁梁的尺寸，另一方面可利用碳纳米管的物理特性，将声、电、 光、磁等引入悬壁梁体系以实现新颖的纳米机电器件。

本发明的技术方案是：

一种制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法，其步骤包括：

1)制备一对或一对以上电极，电极的阴极和阳极交错分布；

2)将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在上述电极之上；

3)上述电极施加交流电或直流电后，碳纳米管垂直于上述电极边沿平行排布；

4)待有机溶液蒸发后，将上述电极边沿的碳纳米管切断，形成由上述碳纳米管组成的 悬壁梁阵列。

所述电极的阴极和阳极之间的距离为2～10μm。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管聚集而成的管束。

所述有机溶剂为乙醇、丙酮、正己烷、异丙醇、N，N₂二甲基甲酰胺或1，2-二氯乙烷。

所述步骤2)进一步包括：将含有碳纳米管的有机溶液进行超声，充分分散有机溶剂 中的碳纳米管。

所述步骤2)中，将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在电极之上的具体方式是，将含有 碳纳米管的有机溶液滴于电极之上，或将电极浸没于上述含有碳纳米管的有机溶液中。

所述步骤3)中，电极施加交流电，具体施加的交流电的参数范围为V_PP＝1-20V，频 率1-10MHZ。

所述步骤4)中，将上述电极边沿的碳纳米管切断的具体方式是，采用聚焦离子束切 断碳纳米管，聚焦离子束的能量30keV，束流可为：1pA，10pA，30pA或100pA。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一方面可大幅度减小悬壁梁的尺寸。通常悬壁梁制备方法主要使用光刻技术，由于受 光波长的限制很难获得纳米尺度的悬壁梁结构，利用碳纳米管自组装技术可以克服光刻技 的限制，可获得大规模的悬壁梁阵列而且可控；另一方面，由于直接利用碳纳米管，可利 用其优异的物理特性，可以将声、电、光、磁等引入悬壁梁体系以实现新颖的纳米机电器 件。现在市场上流行的悬壁梁结构的材料多数是由硅、氮化硅或聚合物，悬壁梁结构多数 只利用材料的力学性能来设计或工作，很难将声、电、光、磁等引入悬壁梁的体系，而碳 纳米管因其独特的分子结构，除了优异的力学性能外、还有优异的热学、电学、磁学等方 面的特性，因而有可能利用碳纳米管的物理特性来构建全新概念的的机电系统或器件。

附图说明

图1为本发明制备碳纳米管悬壁梁阵列的试验装置示意图；

图2为金属电极边沿上近似平行排列的碳纳米管；

图3为经过聚焦离子束切断所获得的若干根碳纳米管悬壁梁；

图4为经过聚焦离子束切断所获得的一排碳纳米管悬壁梁阵列。

具体实施方式