CN118206107B - 一种模板法制备碳纳米管阵列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模板法制备碳纳米管阵列的方法，属于碳纳米管制备技术领域，所述方法包括：采用已形成的碳纳米管阵列或者重复性沟槽结构作为模板，并在模板上生长一层具有多个凹陷区域的介质层；在介质层上制备碳纳米管材料，介质层的凹陷区域对碳纳米管材料进行吸附，在介质层的凹陷区域形成第一层碳纳米管阵列。本申请提供的方法，不仅保留了原始碳纳米管的形貌和性能，还使得制备过程更加简便和可控；且在制备碳纳米管阵列过程中可重复采用当前形成的碳纳米管阵列作为模板快速实现制备多层碳纳米管阵列；此外，采用介质层来隔绝每层碳纳米管阵列，将形成的碳纳米管阵列转移到新的基底上时不会破坏形成的碳纳米管阵列。

Description

一种模板法制备碳纳米管阵列的方法

技术领域

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，尤其涉及一种模板法制备碳纳米管阵列的方法。

背景技术

现有技术中在通过模板法制备碳纳米管阵列时，选择一种如多孔氧化铝、多孔硅或多孔氧化硅等多孔结构作为模板，在模板的微孔内沉积离散分布的取向排列碳纳米管，然而，多孔氧化铝、多孔硅或多孔氧化硅等模板的制备过程往往较为复杂，需要精确控制实验条件，如温度、压力、浓度、时间等，这些条件的微小变化都可能影响到模板的孔径、孔形和孔分布，从而影响最终的碳纳米管阵列质量；多孔结构的模板在制备和使用过程中可能会受到化学腐蚀、热冲击等因素的影响，导致模板结构破坏或变形，这不仅影响碳纳米管阵列的制备，还可能增加制备成本和时间；不同的模板具有不同的孔径、孔形和孔分布，这可能会限制碳纳米管阵列的形貌和性能，例如，某些模板可能无法制备出具有特定形貌或性能的碳纳米管阵列；此外，在采用多孔结构作为模板制备碳纳米管阵列时，多孔模板的孔径和孔深可能限制了多层碳纳米管的生长，难以实现多层碳纳米管阵列的制备；在采用多孔结构作为模板制备碳纳米管阵列时，碳纳米管可能紧密地粘附在模板上，难以完全去除模板而不破坏碳纳米管，从而难以实现将碳纳米管转移至不同基底上。

发明内容

本发明意在提供一种模板法制备碳纳米管阵列的方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

本发明提供的模板法制备碳纳米管阵列的方法，包括：

采用已形成的碳纳米管阵列或者重复性沟槽结构作为模板，并在模板上生长一层具有多个凹陷区域的介质层；

在介质层上制备碳纳米管材料，介质层的凹陷区域对碳纳米管材料进行吸附，在介质层的凹陷区域形成第一层碳纳米管阵列。

在上述的方案中，所述方法还包括：

将形成的第一层碳纳米管阵列转移到新的基底上，在介质层的凹陷区域再次形成碳纳米管阵列，以实现不同基底上碳纳米管阵列的制备。

在上述的方案中，所述方法还包括：

采用第一层碳纳米管阵列作为模板，重复以上碳纳米管阵列制备过程，形成第二层碳纳米管阵列，并重复采用当前形成的碳纳米管阵列作为模板实现制备多层碳纳米管阵列。

在上述的方案中，重复性沟槽结构的宽度为2nm-500nm，重复性沟槽结构的深度为20nm-10μm。

在上述的方案中，介质层采用的材料为氧化铪、氧化铝、氧化锆或氮化硅。

在上述的方案中，介质层的厚度为5nm-20nm。

在上述的方案中，通过沉积方式或提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料。

在上述的方案中，在通过沉积方式在介质层上制备碳纳米管材料时，沉积的时间为大于等于2小时，沉积的厚度为2nm。

在上述的方案中，在通过提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料时，提拉的速度为2μm/s-1mm/s。

在上述的方案中，采用PMMA转移法或者金膜转移法将形成的碳纳米管阵列转移到新的基底。

本发明实施例包括以下优点：

本发明实施例提供的模板法制备碳纳米管阵列的方法，采用现有碳纳米管阵列或者重复性沟槽结构作为模板，采用介质层来隔绝每层碳纳米管阵列，不仅保留了原始碳纳米管的形貌和性能，还使得制备过程更加简便和可控；且在制备碳纳米管阵列过程中可重复采用当前形成的碳纳米管阵列作为模板快速实现制备多层碳纳米管阵列；此外，采用介质层来隔绝每层碳纳米管阵列，不会使得碳纳米管紧密地粘附在模板上，从而，将形成的碳纳米管阵列转移到新的基底上时不会破坏形成的碳纳米管阵列。

附图说明

图1是本发明的第一实施例中一种模板法制备碳纳米管阵列的方法的步骤图；

图2是本发明的第二实施例中一种模板法制备碳纳米管阵列的方法的步骤图；

图3是本发明中以已形成的碳纳米管阵列为模板制备碳纳米管阵列的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，在本发明的第一实施例中，本发明提供的一种模板法制备碳纳米管阵列的方法，具体包括以下步骤：

步骤S11：采用已形成的碳纳米管阵列或者重复性沟槽结构作为模板，并在模板上生长一层具有多个凹陷区域的介质层；

具体地，已形成的碳纳米管阵列以及重复性沟槽结构均形成在基底上；

具体地，重复性沟槽结构的宽度为2nm-500nm，重复性沟槽结构的深度为20nm-10μm；

具体地，重复性沟槽结构可通过光刻方式、纳米压印等方式制备而成；

具体地，介质层的厚度为5nm-20nm，介质层采用的材料可为氧化铪、氧化铝、氧化锆、氮化硅等对碳纳米管具有吸附性的材料；

具体地，介质层在作为模板的已形成的碳纳米管阵列的间隙位置具有多个凹陷区域，或在作为模板的重复性沟槽的沟槽位置具有多个凹陷区域；

步骤S12：在介质层上制备碳纳米管材料，介质层的凹陷区域对碳纳米管材料进行吸附，在介质层的凹陷区域形成第一层碳纳米管阵列；

具体地，通过沉积方式或提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料；

具体地，在通过沉积方式在介质层上制备碳纳米管材料时，沉积的时间为大于等于2小时，沉积的厚度为2nm；

具体地，在通过提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料时，将基底、模板以及介质层浸入至碳纳米管溶液中进行提拉，提拉的速度为2μm/s-1mm/s；

具体地，由于介质层采用的材料可为氧化铪、氧化铝、氧化锆、氮化硅等对碳纳米管具有吸附性的材料，当介质层的凹陷区域与碳纳米管材料接触面积大，且对碳纳米管材料有吸附作用时，在介质层的凹陷区域形成碳纳米管阵列；

步骤S13：将形成的第一层碳纳米管阵列转移到新的基底上，在介质层的凹陷区域再次形成碳纳米管阵列，以实现不同基底上碳纳米管阵列的制备。

具体地，新的基底采用的材料为氧化硅、氮化硅、石英、玻璃等；

具体地，采用PMMA转移法或者金膜转移法将形成的碳纳米管阵列转移到新的基底。

如图2所示，在本发明的第二实施例中，本发明提供的一种模板法制备碳纳米管阵列的方法，具体包括以下步骤：

步骤S21：以已形成的碳纳米管阵列或者重复性沟槽结构作为模板，并在模板上生长一层具有多个凹陷区域的介质层；

具体地，已形成的碳纳米管阵列以及重复性沟槽结构均形成在基底上；

具体地，重复性沟槽结构的宽度为2nm-500nm，重复性沟槽结构的深度为20nm-10μm；

具体地，重复性沟槽结构可通过光刻方式、纳米压印等方式制备而成；

具体地，介质层的厚度为5nm-20nm，介质层采用的材料可为氧化铪、氧化铝、氧化锆、氮化硅等对碳纳米管具有吸附性的材料；

具体地，介质层在作为模板的已形成的碳纳米管阵列的间隙位置具有多个凹陷区域，或在作为模板的重复性沟槽的沟槽位置具有多个凹陷区域；

步骤S22：在介质层上制备碳纳米管材料，介质层的凹陷区域对碳纳米管材料进行吸附，在介质层的凹陷区域形成第一层碳纳米管阵列；

具体地，通过沉积方式或提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料；

具体地，在通过沉积方式在介质层上制备碳纳米管材料时，沉积的时间为大于等于2小时，沉积的厚度为2nm；

具体地，在通过提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料时，将基底、模板以及介质层浸入至碳纳米管溶液中进行提拉，提拉的速度为2μm/s-1mm/s；

具体地，由于介质层采用的材料可为氧化铪、氧化铝、氧化锆、氮化硅等对碳纳米管具有吸附性的材料，当介质层的凹陷区域与碳纳米管材料接触面积大，且对碳纳米管材料有吸附作用时，在介质层的凹陷区域形成碳纳米管阵列；

步骤S23：采用第一层碳纳米管阵列作为模板，重复以上碳纳米管阵列制备过程，形成第二层碳纳米管阵列，并重复采用当前形成的碳纳米管阵列作为模板实现制备多层碳纳米管阵列。

如图3所示，在本发明的第一实施例和第二实施例中，在采用已形成的碳纳米管阵列作为模板制备碳纳米管阵列时，将形成在基底1上的已形成的碳纳米管阵列层2作为模板，在模板上生长一层具有多个凹陷区域的介质层3，其中，介质层3在作为模板的已形成的碳纳米管阵列的间隙位置具有多个凹陷区域，在介质层3上制备碳纳米管材料，介质层3的凹陷区域对碳纳米管材料进行吸附，在介质层3的凹陷区域形成第一层碳纳米管阵列4。

应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述方法包括：

采用已形成的碳纳米管阵列或者重复性沟槽结构作为模板，并在模板上生长一层具有多个凹陷区域的介质层，所述介质层为对碳纳米管具有吸附性的材料；

在介质层上制备碳纳米管材料，介质层的凹陷区域对碳纳米管材料进行吸附，在介质层的凹陷区域形成第一层碳纳米管阵列；

将形成的第一层碳纳米管阵列转移到新的基底上，在介质层的凹陷区域再次形成碳纳米管阵列，以实现不同基底上碳纳米管阵列的制备。

2.根据权利要求1所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用第一层碳纳米管阵列作为模板，重复以上碳纳米管阵列制备过程，形成第二层碳纳米管阵列，并重复采用当前形成的碳纳米管阵列作为模板实现制备多层碳纳米管阵列。

3.根据权利要求1所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，重复性沟槽结构的宽度为2nm-500nm，重复性沟槽结构的深度为20nm-10μm。

4.根据权利要求1所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，介质层采用的材料为氧化铪、氧化铝、氧化锆或氮化硅。

5.根据权利要求1所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，介质层的厚度为5nm-20nm。

6.根据权利要求1所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，通过沉积方式或提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料。

7.根据权利要求6所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，在通过沉积方式在介质层上制备碳纳米管材料时，沉积的时间为大于等于2小时，沉积的厚度为2nm。

8.根据权利要求6所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，在通过提拉方式在介质层上制备碳纳米管材料时，提拉的速度为2μm/s-1mm/s。

9.根据权利要求1所述的模板法制备碳纳米管阵列的方法，其特征在于，采用PMMA转移法或者金膜转移法将形成的碳纳米管阵列转移到新的基底。