[发明专利]一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法和应用

权利要求书

1.一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对含催化金属的基片进行化学或/和超声表面处理；

(2)根据需要生长碳纳米管薄膜的表面形状，加工对应形状的掩模片；

(3)将掩模片覆盖在所述的基片上，应用薄膜沉积工艺，在掩模片未覆盖的基片分区部分沉积无碳纳米管生长催化特性的金属或金属氧化物薄膜；基片对应掩模片覆盖部分的分区构成碳纳米管生长分区；然后撕掉掩模片；

(4)经过步骤(3)处理后的基片放在到化学气相沉积反应装置中通过直接生长法在所述基片的碳纳米管生长分区生长碳纳米管薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：所述掩模片为硬质材料。

3.根据权利要求1所述的一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：所述的掩模片的形状与需要生长CNT薄膜的表面形状相同，或者包含有形状与需要生长CNT薄膜的表面形状相同的部分。

4.根据权利要求1所述的一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：所述含催化金属的基片为纯镍、不锈钢或哈氏合金。

5.根据权利要求1所述的一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述无碳纳米管生长催化特性的金属为铜、金、铂金、钼或锆。

6.根据权利要求1所述的一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述化学气相沉积反应装置包括石英加热炉、设置于石英加热炉一侧的进气通道、以及设置于石英加热炉另一端的真空抽气泵，用所述真空抽气泵将石英加热炉抽至压强1Torr的真空状态，同时对石英加热炉进行加热，并向石英炉内通入载气，当石英加热炉加热温度达到600-900℃时，向炉中通入适当流量比的碳氢气体，该碳氢气体与载气的流量比为(10-50):(100-500)，并控制反应炉内的压力在0.5-100Torr，碳纳米管生长时间1-60min，生长结束后，停止加热，关闭碳氢气源，维持载气通入，让反应炉降温至室温，取出基片，得到生长有所需表面形状碳纳米管薄膜的基片。

7.一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对含催化金属的基片进行化学或/和超声表面处理；

(2)根据需要生长碳纳米管薄膜的表面形状，在掩模片上雕刻出该对应表面形状的镂空区；该基片对应掩模片的镂空区构成碳纳米管生长分区；且该掩模片由不具有碳纳米管生长催化特性的材料制成；

(3)经过步骤(2)处理后的基片放在到化学气相沉积反应装置中通过直接生长法在所述基片的碳纳米管生长分区生长碳纳米管薄膜。

8.根据权利要求7所述的一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的不具有碳纳米管生长催化特性的材料为铜、金、铂金、钼、锆或金属氧化物薄膜。

9.一种如权利要求1或7所述方法所制备的生长有碳纳米管薄膜的基片在场发射电子源中作为阴极的应用。

10.一种碳纳米管场发射电子源，其特征在于：该电子源包括有基于权利要求1或6所述方法所制备的生长有碳纳米管薄膜的基片作为场发射阴极，还包括金属栅极，该金属栅极上开设有形状与场发射阴极上的所生长的碳纳米管薄膜形状相同的栅孔；通过定位，将栅孔对应场发射阴极的碳纳米管薄膜放置，得到具有栅极结构的碳纳米管场发射电子源。