[发明专利]单一手性且密排的碳管阵列薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种单一手性且密排的碳管阵列薄膜，其特征在于，所述碳管阵列薄膜包括：若干根呈平行排列的单壁碳管；其中，

所述单壁碳管的直径为1nm～2nm；

相邻两所述单壁碳管之间的间距为0.3nm～0.4nm。

2.根据权利要求1所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜，其特征在于，所述碳管阵列薄膜生长于原子级平整度的衬底上，且所述碳管阵列薄膜与原子级平整度的所述衬底之间的间距为0.3nm～0.5nm。

3.根据权利要求2所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜，其特征在于：原子级平整度的所述衬底为六方氮化硼衬底或石墨衬底。

4.一种单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，用于制备如权利要求1至3中任意一项所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

提供具有原子级平整度的衬底；

于所述衬底表面蒸镀金属纳米催化剂颗粒；

将蒸镀有所述金属纳米催化剂颗粒的所述衬底置于炉管中进行加热，并通入甲烷或乙炔或乙醇的碳源气体，以在所述衬底上生长单一手性且密排的碳管阵列薄膜；其中生长温度为600℃～1200℃，保持所述生长温度不变生长的生长时间超过30min，生长过程中通入氢气作为保持所述金属纳米催化剂颗粒活性的气体；当所述碳源气体为甲烷时，生长过程中所述碳源气体与所述氢气的流量比大于10:1；当所述碳源气体为乙炔时，生长过程中所述碳源气体与所述氢气的流量比大于1:2；

关闭所述碳源气体，在保护气体的作用下，降温至室温。

5.根据权利要求4所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，其特征在于：原子级平整度的所述衬底为六方氮化硼衬底或石墨衬底。

6.根据权利要求4所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，其特征在于：所述金属纳米催化剂颗粒为铁纳米催化剂颗粒或钴纳米催化颗粒或镍纳米催化颗粒，所述金属纳米催化剂颗粒的直径为1nm～10nm。

7.根据权利要求6所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，其特征在于，于所述衬底上生长单一手性且密排的碳管阵列薄膜的步骤包括：

提供石英管式炉，并将蒸镀有金属纳米催化剂薄膜的所述衬底置于所述石英管式炉中，其中，所述金属纳米催化剂薄膜的厚度为

升温过程：于所述石英管式炉中通入氢气及氩气保护气体，升温10min～20min至所述生长温度，以使所述金属纳米催化剂薄膜形成为所述金属纳米催化剂颗粒；

生长过程：停止通入升温过程中的所述氩气，保持升温过程中所述氢气的流量及所述生长温度不变，并向所述石英管式炉中通入所述碳源气体，所述碳源气体的流量与升温过程中所述氩气的流量相同；

降温过程：生长结束后，关闭所述碳源气体，继续通入所述氢气及所述氩气保护气体，所述氢气及所述氩气与升温过程中的流量相同，自然降温至室温。

8.根据权利要求7所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，其特征在于：原子级平整度的所述衬底为六方氮化硼衬底；所述金属纳米催化剂颗粒为钴纳米催化剂颗粒，所述金属纳米催化剂薄膜厚度为升温过程中所述氢气的流量为200SCCM，所述氩气的流量为100SCCM，升温过程中保持气压为10pa；所述碳源气体为乙炔，生长过程中保持气压为10pa，生长时间为60min，生长温度为700℃。

9.根据权利要求7所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，其特征在于：原子级平整度的所述衬底为六方氮化硼衬底；所述金属纳米催化剂颗粒为铁纳米催化剂颗粒，所述金属纳米催化剂薄膜厚度为升温过程中所述氢气的流量为40SCCM，所述氩气的流量为400SCCM，升温过程中保持气压为1个标准大气压；所述碳源气体为甲烷，生长过程中保持气压为1个标准大气压，生长时间为60min，生长温度为850℃。

10.根据权利要求7所述的单一手性且密排的碳管阵列薄膜的制备方法，其特征在于：原子级平整度的所述衬底为石墨衬底；所述金属纳米催化剂颗粒为钴纳米催化剂颗粒，所述金属纳米催化剂薄膜厚度为升温过程中所述氢气的流量为200SCCM，所述氩气的流量为100SCCM，升温过程中保持气压为10pa；所述碳源气体为乙炔，生长过程中保持气压为10pa，生长时间为60min，生长温度为700℃。