[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

说明书

本发明公开一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法和应用，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；(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。本发明优势包括:可制备任意形状、大小的CNT薄膜，薄膜尺度可以从微米到厘米量级。

技术领域

本发明涉及碳纳米管薄膜的制备方法，具体是指一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法和应用。

背景技术

碳纳米管(CNT)具有卓越的物理、电子、结构等性能，基于碳纳米管薄膜的场发射阴极已经成为CNT的主要研发应用对象之一。碳纳米管场发射具有发射场强低、热辐射小、响应速度快、电流密度高等优势，碳纳米管场发射阴极在真空电子器件(X射线、微波管等)、平面显示、离子推进、空间质谱等领域得到了广泛的研究和应用。

碳纳米管场发射阴极有多种不同制备方法，包括在导电基底上通过化学气相沉积(CVD)、丝网印刷、电泳等方法制备CNT薄膜，并与电子发射栅极或阳极结合，产生场发射电子。通过化学气相沉积技术制备碳纳米管薄膜，典型有两种方法，一种是在导电基底上沉积催化金属薄膜，经过CVD过程生长碳纳米管薄膜；第二种是在含有催化金属的金属基底上经过CVD过程直接生长(简称直接生长法)。直接生长法具有工艺简单、基底形状不受限制、碳纳米管与基底结合性能强度高、发射性能好等优势。

目前应用直接生长法制备碳纳米管薄膜，均是在基底表面完全覆盖生长，无法随意控制碳纳米管薄膜面积和形状，限制了碳纳米管场发射阴极的应用范围。本申请发明人发现并认为这是制约直接生长技术碳纳米管场发射阴极应用的一个关键问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种在基片上直接分区生长碳纳米管薄膜的方法。该方法基于直接生长法通过CVD生长碳纳米管薄膜，且制备的碳纳米管薄膜的形状可控。

为实现上述目的，本发明的技术方案是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；

(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。

进一步设置是所述掩模片为金属、陶瓷等硬质材料。

进一步设置是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。

进一步设置是所述含催化金属的基片为纯镍、不锈钢或哈氏合金。

进一步设置是所述步骤(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。