[发明专利]一种小直径、金属性单壁碳纳米管的生长方法和应用

摘要

本发明涉及金属性单壁碳纳米管的直接、可控制备领域，具体为一种小直径、金属性单壁碳纳米管的生长方法和应用。以液态含氮有机物为碳源和氮源，以氢气和氩气为载气，以非金属氧化硅为催化剂，利用化学气相沉积法生长单壁碳纳米管，氮在碳纳米管成核、生长过程中作用于催化剂，并原位掺杂在单壁碳纳米管网格上，在一定温度下同时进行单壁碳纳米管的生长和氮元素的掺杂，最终获得小直径、金属性的单壁碳纳米管网络样品。本发明实现了金属性单壁碳纳米管直接控制生长，且得到的样品不含金属污染物，突破了直接制备金属性单壁碳纳米管的瓶颈，克服了现有后处理分离方法获得金属性碳纳米管的缺点，即对碳纳米管本征结构破坏严重、过程复杂等问题。

主权项

一种小直径、金属性单壁碳纳米管的生长方法，其特征在于，以液态含氮有机物为碳源和氮源，以氢气和氩气为载气，以非金属氧化硅为催化剂，通过氮元素与非金属催化剂的作用调控碳纳米管的生长，同时原位掺杂，制备小直径、金属性单壁碳纳米管，样品中不含金属杂质，具体步骤如下：首先，在清洗干净的p型硅片上溅射非金属纳米颗粒氧化硅形成10～50nm氧化硅薄膜，放入石英舟中；将管式炉升温到800～950℃，待温度稳定时将石英舟放入炉尾端低温区；其次，封闭炉口、抽真空至5～15Pa、通入氢气30～100毫升/分钟和氩气100～300毫升/分钟，使其恢复常压后将石英舟推到恒温区热处理1～20分钟；最后，通过转换阀让氩气以100～200毫升/分钟的流量流经有机液态前驱体、携带碳源、氮源进入反应区，有机液态前驱体置于20～50℃的恒温水浴锅中，生长5～20分钟，关闭氢气，通过转换阀使氩气直接通入反应区进行清洗，再将石英舟推到低温区，随炉冷却至100℃以下。