[发明专利]功能化修饰和双向电泳相结合的碳纳米管定向排布技术

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米加工领域的技术，具体是一种功能化修饰和双向电泳相结合的碳纳米管定向排布技术。

背景技术

目前，人们正投入大量的精力到一维纳米器件的研究中，取得了一些重要的进展。但是面对大规模的制造一维纳米器件，至关重要的是将一维纳米材料排布到器件的表面。目前，一维纳米材料构筑的纳电子器件制备中所使用的排布技术主要有如下几种：1.LB膜法：哈佛大学的Lieber C.M.(Whang D.M.，Jin s.，WuY.，Lieber C.M.，Nano Lett.，2003，3(9)：1255-1259)研究组成功借助LB膜方法，在硅纳米线的表面使用活性剂将其铺展在液体的表面，推挤滑障，压缩表面膜层区域，使纳米线规则紧密排列。这种方法所得纳米线之间的的间距在200nm到2μm，虽然进一步压缩表面膜层可以获得更小的间距，但是200nm以下的间距容易导致纳米线彼此之间的团聚，而且对于规模排列纳米材料，可能需要上百次重复转移操作，增加了工艺成本，并导致效率低下，极大限制了其工业化推广。2.水流法：斯坦福大学的Dai H.J.(Wang D.W.，Tu R.，Zhang L.，Dai H.J.Chem.Int.Ed.，2005，44，2-5)研究组，为了获得定向排列的一维纳米材料，研究出一种一对一的水流定向排布方法。在衬底材料上通过电子束光刻和lift-off工艺，得到一系列的纳米金属催化剂点阵。然后在此衬底上用CVD方法，生长纳米线，每个催化剂点阵对应生长出一根纳米线。因为纳米线的一端被作为催化剂的金属颗粒固定在衬底上，这时候，只要将衬底放在水流中，纳米线就会在水流的冲刷作用下，沿着水流方向排布。这种方法要借助于电子束光刻等先进工艺，使得最终成本较高，而且直接在基底上定向生长一维纳米材料技术，因为容易引入杂质，也在一定程度上限制了其使用与推广。3.旋涂法：IBM公司将纯化后的碳纳米管直接超声分散有机溶剂中形成混合液，将碳纳米管混合液旋涂于预先刻有源漏电极图案的硅片上，这种方法使碳纳米管在硅片上任意分布，无法控制其取向性。制作的纳米器件无法取得良好的性能。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利文献号CN1693191A，记载了一种“单一轴向排布的单晶硅纳米线阵列制备方法”，该技术采用催化辅助腐蚀法在硅片表面沉积一层Ag纳米粒子，使用刻蚀的方法产生硅纳米线。其不足之处是：该方法制得的纳米线的规格不一致，形成的纳米线的表面不规则，不适合制作性能良好的纳米器件。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种功能化修饰和双向电泳相结合的碳纳米管定向排布技术，对预修饰后的进行交变电场双向电泳排布避免了以往定向技术组装后碳纳米管间互相缠结的缺点，有效提高了排布效果，使碳纳米管相互分开、定向地排列于纳米器件的源漏电极间形成高密度的碳纳米管阵列。利用该技术对溶于氯仿和异丙醇的两种碳纳米管溶液进行排布后，相邻碳纳米管的平均间距分别可达200nm和150nm而不发生缠结。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明使用经过十八烷基胺预先修饰的碳纳米管，使用超声技术将这种预修饰的碳纳米管分散到有机溶剂中制备成碳纳米管悬浮液，将这种悬浮液滴到纳米器件的电极上施加高频交流电场就会得到高密度的碳纳米管阵列。

本发明包括以下步骤：

第一步、碳纳米管悬浮液的制备：首先将碳纳米管进行表面活化处理，然后采用超声分散处理将碳纳米管分散到有机溶剂中制成碳纳米管悬浮液。

所述的碳纳米管是指半导体性碳纳米管或金属性碳纳米管。

所述的表面活化处理是指将碳纳米管置于混合酸液中在50-140℃环境下回流30分钟，在碳纳米管表面产生具有活性的羧基，方便碳纳米管表面嫁接十八烷基胺。

所述的混合酸液是指：质量百分比为98％硫酸水溶液与质量百分比68％的硝酸水溶液以3∶1的体积比混合获得的混合酸液。

所述的表面功能分子化学修饰是指，将表面活化处理后的碳纳米管与十八烷基胺、N，N’-二环己基碳二亚胺以质量比为1∶100∶30的比例混合后置于60℃-110℃的环境下反应24h，使碳纳米管表面嫁接上十八烷基胺，这样碳纳米管带上一定的净电荷能够在电场中电泳，然后清洗碳纳米管以去除多余的十八烷基胺。

所述的超声分散处理是指将碳纳米管置于有机溶剂中，并在频率为10-60KHz的超声波下分散10s-2min，形成稳定分散的碳纳米管悬浮液。

所述的有机溶剂是指氯仿或异丙醇。