[发明专利]碳纳米管的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，在所述基底的表面沉积一催化剂层；将所述基底设置于一反应炉内，加热使反应炉内温度达到一预定温度，向反应炉内通入一碳源气体及一保护气体，以在该基底上生长第一碳纳米管片段结构，所述第一碳纳米管片段结构包括多根金属性碳纳米管片段；对生长的第一碳纳米管片段结构施加一电场，该电场方向为给催化剂层充正电荷的方向；以及反转电场方向，从该金属性碳纳米管片段生长出半导体性碳纳米管片段。

技术领域

本发明涉及碳纳米管手性的技术领域，特别涉及一种碳纳米管的制备方法。

背景技术

碳纳米管由于具有高的杨氏模量和抗拉强度、高的热导率等优良的特性而受到广泛的关注。

传统的化学气相沉积方法制备出的单壁碳纳米管中，金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管所占比例约为1：2。为了能够得到纯度更高的半导体性碳纳米管，在过去的二十年中，经过不断研究碳纳米管的热力学和动力学理论，人们已经能够通过CVD法生长出纯度达到97％的半导体性碳纳米管。

然而，想要直接生长出纯度更高的半导体性碳纳米管仍无法实现。同时，现有技术中碳纳米管在生长时无法任意改变碳纳米管的手性，即碳纳米管无法在生长过程中根据需要形成半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替的碳纳米管。同时，要想将上述半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替的碳纳米管应用于碳纳米管结构及碳纳米管结构的应用中也无法实现，如薄膜晶体管、光电探测器、光电转换模组等。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够控制手性的碳纳米管的制备方法。

一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，在所述基底的表面沉积一催化剂层；将所述基底设置于一反应炉内，加热使反应炉内温度达到一预定温度，向反应炉内通入一碳源气体及一保护气体，以在该基底上生长第一碳纳米管片段结构，所述第一碳纳米管片段结构包括多根金属性碳纳米管片段；对生长的第一碳纳米管片段结构施加一电场，该电场方向为给催化剂层充正电荷的方向；以及反转电场方向，从该金属性碳纳米管片段生长出半导体性碳纳米管片段。

一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，在所述基底的表面沉积一催化剂层；将所述基底设置于一反应炉内，加热使反应炉内温度达到一预定温度，向反应炉内通入一碳源气体及一保护气体，以在该基底上生长第一碳纳米管片段结构，所述第一碳纳米管片段结构包括多根金属性碳纳米管片段；对生长的第一碳纳米管片段结构施加一脉冲电场，所述脉冲电场是由正向电场和负向电场多次交替形成的周期性电场。

一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：提供一催化剂层，在催化剂层表面生长第一碳纳米管片段结构；对生长的第一碳纳米管片段结构施加一电场，该电场方向为给催化剂层充电荷的方向；以及反转电场方向，电场为催化剂层充电荷的电性改变，从该第一碳纳米管片段结构生长出与第一碳纳米管片段结构手性不同的第二碳纳米管片段结构。

相较于现有技术，本发明提供的碳纳米管的制备方法，通过对生长的碳纳米管施加电场并反转电场方向，可相应改变碳纳米管的手性，从而可直接生长得到手性一致的碳纳米管，如纯半导体性碳纳米管或纯金属性碳纳米管；通过调节电场的脉冲宽度还可进一步获得多根半导体性碳纳米管片段和金属性碳纳米管片段交替的碳纳米管形成的阵列。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管的制备方法的流程图。

图2为本发明第一实施例提供的电场控制碳纳米管手性的示意图。

图3为本发明第一实施例提供的碳纳米管在施加反转电场前后的扫描电镜图。

图4为本发明提供的脉冲电场电压随时间变化的示意图。

图5为本发明提供的脉冲宽度为500ms时碳纳米管手性随电场变化的示意图。