[发明专利]一种铂辅助催化的碳纳米管生长方法

说明书

本发明公开了一种铂辅助催化的碳纳米管生长方法，其包括有以下步骤：(1)预处理：对含镍或其它催化金属的金属基片进行表面清洗、干燥；(2)将预处理过的合金基片表面上溅射铂层，溅射完成后；(3)将步骤(2)处理后的金属基片放在CVD系统中进行生长碳纳米管。通过试验表征，该方法所制备的碳纳米管具有随机取向性，并且整体形貌都表现出比较好的均匀性，这种随机取向性以及良好的均匀性可以减少发射热点的产生，避免大电流发射下边缘效应使得局部区域过大的焦耳热导致碳管烧毁或者损伤。

技术领域

本发明涉及碳纳米管的生长制备领域，具体是指一种铂辅助催化的碳纳米管生长方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)由于独特的结构、化学和物理特性，已经在各个领域得到了应用和研究。CNTs具有大长径比、高导电性和良好的热稳定性等优点，在不同类型的真空电子器件的应用中呈现出优异的场发射特性。然而，在实际应用中仍然存在许多问题，包括高压环境下的发射均匀性和发射稳定性。改善CNT薄膜的制备并提高其发射性能对于促进器件的发展至关重要。在各种碳纳米管合成技术中，化学气相沉积(CVD)因其加工简单、在各种基底上原位生长和成本低而被广泛采用。在大多数CVD合成中，碳纳米管是从沉积在基材上的催化剂薄膜(如铁、钴和镍)中生长出来的。而对于场发射器件，在含有催化剂元素的金属基底上直接生长的CNT表现出明显的优势，能够有效地增强CNT和基底之间的附着力和减少接触电阻，从而改善场发射特性，例如本申请发明人在先申请的中国专利《含镍金属基底上直接生长碳纳米管场发射阴极的方法》，公开号为：CN104637758A，本申请人进一步研究创新得出本申请的创新方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种铂辅助催化的碳纳米管生长方法，通过试验表征，该方法所制备的碳纳米管具有随机取向性，并且整体形貌都表现出比较好的均匀性，这种随机取向性以及良好的均匀性可以减少发射热点的产生，避免大电流发射下边缘效应使得局部区域过大的焦耳热导致碳管烧毁或者损伤。

为实现上述目的，本发明的技术方案是铂辅助催化的碳纳米管生长方法，其特征在于：

(1)预处理：对含镍的金属基片进行阳极氧化处理，然后对合金基片进行表面清洗和干燥；

(2)将预处理过的金属基片表面上溅射铂层，溅射完成后；

(3)将步骤(2)处理后的合金基片放在CVD系统中进行生长碳纳米管。

进一步设置是所述的步骤(3)为：将沉积室抽真空，加热至500℃时通入Ar或氮气气体作为保护气体，温度升高至600-800℃时通入碳源气体进行碳纳米管生长，所述的碳源气体为C₂H₂或其它碳氢气体，生长完成后关闭碳源气体，冷却至室温后关闭Ar气得到碳纳米管成品。

本发明的优点是：

发明者通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼散射光谱(Raman)等表征技术对制备出的碳管进行分析，结果表明这种方法制备的碳纳米管杂质少、均匀性好，并且具有良好的晶体性。发明者也对制备出的优良的碳管进行场发射测试，测试采用二级式结构在高真空场发射测试系统进行。通过对碳管的开启电场、阈值电场、I-V、F-N曲线、稳定性测试的，结果表明，这种方法制备的碳管也具有优良的场发射性能。

具体请参阅实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1本发明实施例的铂辅助催化生长碳纳米管的SEM图(a)和TEM图(b)；