[发明专利]一种碳纳米管垂直阵列的干式接触转移方法

说明书

本发明涉及碳纳米管垂直阵列领域，具体为一种碳纳米管垂直阵列的干式接触转移方法。首先在生长基底表面制备出较高密度的碳纳米管垂直阵列，在生长结束切断碳源供给后，继续往反应室内通入具有弱刻蚀作用的气体，保持10～30min。将用以上方法制备得到的碳纳米管垂直阵列的自由端也就是顶部按压到任何一种目标基底表面，施加压力后即可将生长基底剥离，而碳纳米管垂直阵列整体粘在目标基底上。本发明过程简单可靠，适用于机械自动化过程，可以将高密度碳纳米管垂直阵列直接粘贴到任何一种基底表面，同时不受阵列高度的限制，因此可以获得很低的热阻和电阻，在热管理、电化学等诸多领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及碳纳米管垂直阵列领域，具体为一种碳纳米管垂直阵列的干式接触转移方法。

背景技术

碳纳米管垂直阵列由垂直于生长基底平行排列的碳纳米管组成，阵列可具有高达1.5×10¹³根/cm²的面密度，高密度的轴向热、电传导通道使其成为一种完美的宏观导热、导电结构。

碳纳米管垂直阵列在诸多领域有着良好的应用前景，比如作为热界面材料、电子互连材料、电化学储能用电极材料以及分离膜材料等(文献1，Panzer MA,Zhang G,Mann D,Hu X,Pop E,Dai H,Goodson KE,Thermal Properties of Metal-Coated VerticallyAligned Single-Wall Nanotube Arrays,Journal of Heat Transfer,2008,130(052401)；文献2，Sun SX,Mu W,Edwards M,Mencarelli D,Pierantoni L,Fu YF,JeppsonK,Liu JH,Vertically aligned CNT-Cu nano-composite material for stackedthrough-silicon-via interconnects,Nanotechnology,2016,27,335705；文献3，S,I,Marek T,Thieme S,Althues H,Nyikos L,Kaskel S,High power supercapelectrodes based on vertical aligned carbon nanotubes on aluminum,Journal ofPower Sources,2013,227,218；文献4，Lee B,Baek YB,Lee M，Jeong DH，Lee HH，Yoon J,Kim YH,A carbon nanotube wall membrane for water treatment,NatureCommunications,2015,6,7109)。然而针对这些不同应用，碳纳米管垂直阵列首先都必须集成到工作基底表面，比如作为热界面材料增强电子器件散热时，需要放置在热沉表面。目前已发展了多种将碳纳米管阵列从生长基底转移到目标基底表面的方法，包括湿化学刻蚀法、介质辅助转移法以及气相弱刻蚀法。但以上三种方法过程繁琐，不适用于大规模的自动化装配过程。另外湿化学刻蚀法会造成碳纳米管垂直阵列结构的破坏，介质辅助转移有时会引入接触热阻，气相弱刻蚀法无法实现薄的碳纳米管垂直阵列的转移，尤其当阵列厚度低于100μm时。由于碳纳米管垂直阵列的热阻通常随其高度的增加而增加，因而实现低厚度碳纳米管垂直阵列的洁净、无损转移对提高其散热性能尤其重要。同时依赖人工手动剥离的转移过程无法实现大量的自动化装配，这极大地限制了其商业化应用进程。(文献4，YangChai，Jingfeng Gong，Kai Zhang，Philip C H Chan，Matthew M F Yuen,Flexibletransfer of aligned carbon nanotube films for integration at lowertemperature，Nanotechnology,2007，18(355709))；文献5，Julian Marschewski,Jung BinIn,Dimos Poulikakos,Costas P.Grigoropoulos,Synergistic integration of Ni andvertically alignedcarbon nanotubes for enhanced transport properties onflexible substrates,Carbon,2014,68(308-318))；文献6，Miao Wang,Taotao Li,YagangYao,Huifen Lu,Qiang L,Minghai Chen,Qingwen Li，Wafer-Scale Transfer ofVertically Aligned Carbon Nanotube Arrays，Journal of The American ChemicalSociety,2014,136(18516))。