[发明专利]一种基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法

权利要求书

1.一种基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备二氧化硅微球阵列模板：采用二氧化硅微球以自组装方法得到六边形紧密排列的二氧化硅微球周期性阵列结构；在二氧化硅微球阵列模板上镀金属催化剂，得到二氧化硅微球阵列模板基片；

(2)制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列：将步骤(1)所得二氧化硅微球阵列模板基片置于等离子体增强化学气相沉积腔室内负极中央，关闭腔室后抽真空，通入还原性气体，调整压强，开启加热器升温至多壁碳纳米管的生长温度；待温度稳定后，调节还原性气体的气流量，开启直流电源，同时通入碳源气体，控制腔室内压强，待碳纳米管生长完成后立即关闭直流电源和碳源气体进气口，减小还原性气体的气流量，缓慢降温，温度降至300℃后关闭还原性气体的进气口，完全打开主阀抽真空直至腔室温度降至室温，即得基于二氧化硅微球阵列的高度有序且长径比一致的垂直定向多壁碳纳米管阵列。

2.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化硅微球直径范围在160～600nm；金属催化剂的厚度为5～30nm。

3.根据权利要求2所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(1)中二氧化硅微球直径分别为160nm、200nm、380nm和400nm，对应金属催化剂厚度为10nm；二氧化硅微球直径为500nm，对应金属催化剂厚度为25nm；二氧化硅微球直径为600nm，对应金属催化剂厚度为30nm。

4.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过电子束蒸镀或磁控溅射预先在二氧化硅微球阵列模板上镀金属催化剂。

5.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属催化剂为镍、钴和铁中的一种。

6.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(2)中抽真空至8.0×10^-4Pa以下，通入50sccm还原性气体，压强调整为200Pa；生长温度为600～900℃；调节还原性气体的气流量为200sccm，直流电源功率设为20～60W；通入50sccm碳源气体，控制腔室内压强在300～1000Pa；生长时间为10～40min。

7.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳源气体为乙炔，还原性气体为氨气或氢气。

8.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳源气体与还原性气体的流量比为1:3～5。

9.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，制备所得的周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列为类似蝉翼的表面物理结构。

10.根据权利要求1所述基于纳米球模板无光刻制备周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列的方法，其特征在于，制备所得的周期性垂直定向多壁碳纳米管阵列用于抗菌表面工业化生产。