TWI656091B - 一種奈米碳管陣列的製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種奈米碳管陣列的製備方法，其包括以下步驟：提供一包括至少一個通孔的基底，將該基底的兩個表面分別定義為第一表面和第二表面，所述通孔貫穿第一表面和第二表面；將催化劑沉積在所述基底的第一表面；在保護氣體的環境下，加熱所述基底至奈米碳管陣列的生長溫度，通過一通氣元件將碳源氣通至所述基底的第二表面，所述碳源氣經由所述基底的通孔與所述催化劑接觸在該基底的第一表面生長奈米碳管陣列；停止通入碳源氣，改變所述基底的溫度至一預定溫度，通過所述通氣元件將氧氣或含氧氣的混合氣體通至所述基底的第二表面，所述氧氣經由所述基底的通孔與所述奈米碳管陣列接觸並反應。
Description
本發明涉及一種奈米碳管陣列的製備方法。
奈米碳管是九十年代初才發現的一種新型一維奈米材料。奈米碳管的特殊結構決定了其具有特殊的性質，如高抗張強度和高熱穩定性；隨著奈米碳管螺旋方式的變化，奈米碳管可呈現出金屬性或半導體性等。由於奈米碳管具有理想的一維結構以及在力學、電學、熱學等領域優良的性質，其在材料科學、化學、物理學等交叉學科領域已展現出廣闊的應用前景，在科學研究以及產業應用上亦受到越來越多的關注。
目前比較成熟的製備奈米碳管的方法主要包括電弧放電法(Arc discharge)、鐳射燒蝕法(Laser Ablation)及化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)。其中，化學氣相沉積法和前兩種方法相比具有產量高、可控性強、與現行的積體電路工藝相相容等優點，便於工業上進行大規模合成，是以近幾年備受關注。
另，採用化學氣相沉積法在基底上生長出奈米碳管陣列後，奈米碳管陣列往往附著在基底表面上，不易與生長基底分離。通常採用一刀片或鑷子等工具通過機械外力將奈米碳管陣列從基底上剝離，然，由於奈米碳管陣列
與基底之間的附著力較大，通過上述機械剝離方法分離得到的奈米碳管陣列中含有較多的催化劑顆粒，影響奈米碳管陣列的品質及應用產品的使用效果。
確有必要提供一種奈米碳管陣列的製備方法，該方法製備的奈米碳管陣列易與生長基底分離。
一種奈米碳管陣列的製備方法，其包括以下步驟：提供一包括至少一個通孔的基底，將該基底的兩個表面分別定義為第一表面和第二表面，所述通孔貫穿第一表面和第二表面；將催化劑沉積在所述基底的第一表面；在保護氣體的環境下，加熱所述基底至奈米碳管陣列的生長溫度，通過一通氣元件將碳源氣通至所述基底的第二表面，所述碳源氣經由所述基底的通孔與所述催化劑接觸在該基底的第一表面生長奈米碳管陣列；停止通入碳源氣，改變所述基底的溫度至一預定溫度，通過所述通氣元件將氧氣或含氧氣的混合氣體通至所述基底的第二表面，所述氧氣經由所述基底的通孔與所述奈米碳管陣列接觸並反應。
相較先前技術，本發明提供的奈米碳管陣列的製備方法具有以下優點：當奈米碳管陣列生長結束後，停止通入碳源氣，由一通氣元件輸送氧氣至一包括至少一個通孔的基底未沉積有催化劑的一面，氧氣由基底的通孔進入反應腔，最先與奈米碳管陣列的根部接觸，在高溫環境下，相較奈米碳管陣列的頂端和側壁，奈米碳管陣列中缺陷較多的根部更容易與氧氣反應，生成二氧化碳，從而減少了奈米碳管陣列與基底之間的接觸力，有利於奈米碳管陣列與基底分離。
10‧‧‧奈米碳管陣列製備裝置
101‧‧‧反應腔
102‧‧‧通氣元件
103‧‧‧氣體輸送管道
104‧‧‧承載部
105‧‧‧進氣口
106‧‧‧出氣口
107‧‧‧支撐部
108‧‧‧基底
109‧‧‧通孔
110‧‧‧催化劑
圖1係本發明實施例提供的奈米碳管陣列的製備裝置的示意圖。
圖2係本發明實施例採用的第一種通氣元件的剖面結構的示意圖及將基底設置於通氣元件出氣口上的剖面結構示意圖。
圖3係本發明實施例採用的第二種通氣元件的剖面結構的示意圖及將基底設置於通氣元件出氣口上的剖面結構示意圖。
圖4係本發明實施例採用的第三種通氣元件的剖面結構的示意圖及將基底設置於通氣元件出氣口上的剖面結構示意圖。
圖5係本發明實施例採用的第四種通氣元件的剖面結構的示意圖及將基底設置於通氣元件出氣口上的剖面結構示意圖。
圖6係本發明實施例中採用的具有複數個微孔的基底的結構示意圖。
圖7係本發明實施例中採用的具有多條間隙的基底的結構示意圖。
圖8係本發明實施例中採用的由複數個小尺寸的基底並排間隔設置而成的基底的結構示意圖。
圖9係本發明實施例中將複數個小尺寸的基底並排間隔設置在通氣元件出氣口上的俯視圖。
圖10係本發明實施例提供的奈米碳管陣列的製備方法的流程示意圖。
以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本技術方案所提供的奈米碳管陣列的製備裝置及利用該裝置製備奈米碳管陣列的方法。
本發明提供了一種奈米碳管陣列的製備裝置，其包括一反應腔及一通氣元件，該通氣元件設置於反應腔內，所述通氣元件包括一進氣口和至少一出氣口，所述進氣口用於向通氣元件中傳輸氣體，所述出氣口用於向反應腔內輸入氣體和支撐用於生長奈米碳管陣列的基底，其中，所述基底包括至少一個通孔，該基底覆蓋通氣元件的出氣口，通孔設置在出氣口上。
請參閱圖1，本發明實施例提供了一種奈米碳管陣列的製備裝置10。所述奈米碳管陣列製備裝置10包括：一反應腔101，該反應腔101包括兩個開口(圖未示)；一通氣元件102，所述通氣元件102設置於反應腔101內，該通氣元件102包括一氣體輸送管道103和一承載部104；一加熱元件(圖未示)；一基底108，該基底具有複數個通孔109，且該基底表面除去通孔的其餘部分沉積有催化劑110。
所述反應腔101可以為一石英管，化學性能穩定、耐高溫的材質形成的可密封的腔體即可，所述反應腔101內可以設有流量計用於檢測氣體的流量或設有壓強計用於檢測反應腔內壓強的變化，另，所述反應腔101還可以與一抽低空裝置相連，用於降低反應腔內的氣壓。
所述通氣元件102中的氣體輸送管道103與承載部104連接，氣體輸送管道103包括一進氣口105，承載部104包括至少一個出氣口106。所述通氣元件102將從進氣口105輸入的氣體通至所述基底108未沉積有催化劑的一面，使氣體經由通孔109進入反應腔101。所述進氣口105從反應腔101的一個開口延伸至反應腔101外部。
所述氣體輸送管道103將由進氣口105輸入的氣體通入所述承載部104內，從承載部104的出氣口106輸出，然後氣體由所述基底108的通孔109進入反應腔101。所述氣體輸送管道103可以為一石英管。所述氣體輸送管道103與所述承載部104密封連接。所述氣體輸送管道103與承載部104的連接
方式不限，只要能傳輸氣體，將氣體通入所述承載部104即可。所述氣體輸送管道103和所述承載部104可以為如圖2所示的一體結構。可以理解，所述氣體輸送管道103和所述承載部亦可以為分開的結構，所述氣體輸送管道103通過所述承載部104側壁上或與出氣口106相對的底面上的開口與所述承載部104連接。
所述承載部104用於承載基底108，並通過出氣口106向反應腔101通入氣體。所述承載部104為一半封閉型容器，其可以為一石英舟。所述承載部104包括至少一個出氣口106，所述出氣口106使進氣口105輸入的氣體經由所述通孔109進入反應腔101。如圖2、圖3或圖4所示，所述承載部104可以僅包括一個出氣口106。將所述承載部104的出氣口106的周邊側壁定義為支撐部107，用於支撐基底108，使基底108相對於出氣口106懸空設置。請參閱圖2，當支撐部107用於支撐基底108的一端平整時，可以在支撐部107的端部塗上粘結劑，將所述基底108粘在所述支撐部107上。請參閱圖3，當支撐部107用於支撐基底108的一端呈階梯狀時，可以不需要粘結劑，就可以將所述基底106固定在該支撐部107上。請參閱圖4，當支撐部107用於支撐基底108的一端包括多級階梯時，可以承載不同尺寸的基底，滿足不同的生產需求。在別的實施例中，如圖5所示，所述承載部104可以包括複數個出氣口106，所述複數個出氣口106的形狀及排列方式不限，只要能使氣體通過，進入反應腔101即可。具體地，所述複數個出氣口106位於承載部104的同一面上，將包含複數個出氣口的一面定義為支撐部107，所述基底108設置於所述承載部104的支撐部107上，使所述複數個通孔109的數量和位置與所述複數個出氣口106的相對應，由所述進氣口105輸入的氣體依次經所述複數個出氣口106及所述複數個通孔109進入反應腔101內。
所述基底108的材料要耐高溫、並且不與後續步驟通入的氣體發生化學反應及原子滲透等現象，該基底的材料可以是矽、石英片等。優選的，矽基底表面形成一保護層，如氧化矽薄層，厚度一般為1~1000奈米(nm)。所述基底表面可以經過機械拋光、電化學拋光等方法處理，以保證其平滑以適應生長奈米碳管陣列的需要。
所述基底108為一包括至少一個通孔109的連續整體結構，所述通孔109從所述基底108的厚度方向貫穿該基底108。所述通孔109的形狀不限，可以為圓形、方形、三角形、菱形或矩形等。同一個基底108的複數個通孔109的形狀可以相同或不同。所述通孔109可以為如圖6所示的微孔或者如圖7所示的條形的間隙。所述通孔109為微孔時其孔徑(平均孔徑)範圍為10奈米~1釐米，所述通孔109為間隙時其寬度(平均寬度)範圍為10奈米~1釐米。所述微孔和間隙可以同時存在並且兩者尺寸可以在上述尺寸範圍內不同。
先前技術中，由於奈米碳管陣列生長基底上沒有通孔，基底上生長出的奈米碳管陣列是連續的，由於奈米碳管之間范德華力的作用，從該奈米碳管陣列中拉取的奈米碳管拉膜尺寸較大，當將該奈米碳管拉膜用於某些產品如手機觸控式螢幕時，通常需要將該奈米碳管拉膜裁剪成小尺寸的拉膜，而裁剪可能會對奈米碳管拉膜造成破壞，導致奈米碳管拉膜因無法滿足產品的要求而被捨棄，造成了奈米碳管拉膜的浪費，提高了生產成本。
本發明中，所述基底108上的通孔109把所述基底108劃分成複數個區域，當需要從生長的奈米碳管陣列中拉取奈米碳管拉膜時，我們可以根據需要的奈米碳管拉膜的尺寸決定複數個區域的尺寸，直接從每個區域中拉取我們所需要的奈米碳管拉膜，而無需從一個沒有通孔的基底上拉取奈米碳管拉膜後再裁剪得到我們所需尺寸的奈米碳管拉膜，是以，本發明所提供的奈米碳
管陣列的製備方法簡單、方便，在使用該奈米碳管陣列拉取奈米碳管拉膜時，可以減少奈米碳管拉膜的浪費。
請參閱圖8，所述基底108亦可以為一不連續間斷結構，由複數個小尺寸的基底相互間隔設置而成，且相鄰兩個小尺寸的基底之間形成通孔109，所述相鄰兩個小尺寸的基底之間的間距即為所述通孔109的尺寸，所述通孔109的尺寸為10奈米~1釐米。請參閱圖9，當承載部104僅包括一個出氣口106時，複數個小尺寸的基底108可以為長條狀結構，橫跨出氣口106並列間隔設置。
所述加熱元件(圖未示)可以環繞在所述反應腔101週邊，可以為電熱阻絲、奈米碳管等，通電後即可加熱所述反應腔101。所述加熱元件亦可以為一局部加熱元件，位於反應腔的外部或內部，可以設置於承載元件的上部或下方，所述加熱元件可以為高溫爐、高頻爐、電熱阻絲、奈米碳管或鐳射加熱元件。採用一局部加熱元件，只需加熱生長基底即可，無需加熱整個反應腔，可以節省能源。
請參閱圖10，本發明第一實施例還提供了一種利用該奈米碳管陣列的製備裝置10製備奈米碳管陣列的方法，其具體包括以下步驟：
S1，提供一包括至少一個通孔109的基底108，將該基底108的兩個表面分別定義為第一表面和第二表面，所述通孔貫穿第一表面和第二表面。
該基底108的材料要耐高溫、並且不與後續步驟通入的氣體發生化學反應及原子滲透等現象，該基底108的材料可以是矽、石英片等。優選的，矽基底的第一表面形成一保護層，如氧化矽薄層，厚度一般為1~1000奈米。所述基底108的第一表面可以經過機械拋光、電化學拋光等方法處理，以保證其平滑以適應生長奈米碳管陣列的需要。
所述通孔109從所述基底108的厚度方向貫穿該基底108。所述通孔109的形狀不限，可以為圓形、方形、三角形、菱形或矩形等。同一個基底
的複數個通孔109的形狀可以相同或不同。所述通孔109可以為微孔或者條形的間隙。所述通孔109的尺寸為10奈米~1釐米。
所述基底108可以為一包括至少一個通孔的連續整體結構。所述基底108亦可以由複數個小尺寸的基板並排間隔設置而成，且相鄰兩個小尺寸的基板之間形成通孔，相鄰兩個基板之間的間距即為所述通孔的尺寸。
本實施例中，所述基底108的材料為矽，所述基底108包括複數個相互間隔設置的矽基板，相鄰兩個矽基板之間形成通孔109。
S2，將催化劑110沉積在所述基底108的第一表面；可以通過蒸鍍、濺鍍或化學沉積的方法在該基底108的第一表面形成催化劑110，所述催化劑110可以是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一。所述催化劑110的厚度為1~10奈米，優選為1~5奈米。然後，空氣氣氛下，在200~400攝氏度(℃)下，對該催化劑110進行8~12小時的退火處理，使基底108表面的催化劑薄膜變成均勻分佈的催化劑奈米顆粒，從而提高催化劑的催化活性。
進一步地，可以在將所述催化劑110沉積在所述基底108的第一表面之前，在所述基底108的第一表面形成一催化劑載體層，這樣可以防止催化劑中的金屬與矽基底發生反應生成合金而影響催化劑的活性。所述催化劑載體層的材料可以是鋁(Al)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)或氧化鎂(MgO)，所述催化劑載體層的厚度為1~10奈米，優選為3~7奈米。
本實施例中，所述催化劑110為鐵(Fe)，所述催化劑110的厚度為2奈米，空氣環境下，將催化劑110在300攝氏度中退火10小時。
S3，在保護氣體的環境下，加熱所述基底108至奈米碳管陣列的生長溫度，通過一通氣元件102將碳源氣通至所述基底108的第二表面，所述碳
源氣經由所述基底108的通孔109與所述催化劑110接觸並在該基底108的第一表面生長奈米碳管陣列。
提供一反應腔101，該反應腔101具有兩個開口，且該反應腔101內設置有一通氣元件102，該通氣元件102包括一進氣口105和至少一出氣口106，所述基底108覆蓋所述通氣元件的出氣口106，所述通孔109設置在出氣口106上，且所述基底的第二表面與所述通氣元件102接觸，由進氣口105輸入的氣體通入通氣元件102內，並依次經由通氣元件102的出氣口106和基底108的通孔109進入反應腔101。
從所述進氣口105通入保護氣體，所述保護氣體可以是惰性氣體和氮氣。加熱所述基底108至600~720攝氏度，優選為620~700攝氏度。然後通入碳源氣，所述碳源氣可以是乙炔、乙烯、甲烷、乙烷等中的一種或幾種組成的混合氣體，所述碳源氣從進氣口105通入，進入所述通氣元件102內，最後經過所述基底108的通孔109進入所述反應腔101，所述碳源氣進入所述反應腔101時，最先與所述催化劑110接觸，在所述催化劑110表面熱解成碳單元(C=C或C)和氫氣(H2)。生成的氫氣流通到催化劑110表面時，可確保氧化的催化劑110能夠被還原活化，然後碳單元吸附在催化劑110表面，從而生長出奈米碳管。
此過程中，反應腔101的氣壓保持為2~8托(Torr)。
本實施例中，所述保護氣體為氮氣，所述碳源氣為乙炔，所述奈米碳管陣列的生長溫度為700攝氏度，反應腔101的氣壓保持為5托。
碳源氣由所述基底108的複數個通孔109進入反應腔101時，最先與基底108的第一表面的催化劑110接觸，在催化劑110表面生成奈米碳管陣列，而不需要使碳源氣充滿整個反應腔101，減少了反應原料的浪費。
另，先前技術中為增大製備的奈米碳管陣列的尺寸，通常使用較大尺寸的基底，這導致碳源氣與基底表面中間的催化劑接觸減少，使生長的奈
米碳管陣列四周高中間低，奈米碳管陣列的高度不均勻。本技術方案中採用複數個小尺寸的基底並排間隔設置或採用一具有複數個通孔的基底，碳源氣由複數個基底之間的間隙或一基底的通孔進入反應腔，能夠與基底表面各部分的催化劑均勻接觸，可使製備的奈米碳管陣列的高度均勻。
進一步地，待奈米碳管陣列生長結束後，還可以繼續進行步驟S4，向反應腔101內通入氧氣與所述奈米碳管陣列反應。
S4，停止通入碳源氣，改變所述基底108的溫度至一預定溫度，通過所述通氣元件102將氧氣通至所述基底108的第二表面，所述氧氣經由所述基底108的通孔109與所述奈米碳管陣列接觸並反應。
步驟S4具體包括以下步驟：S41，停止通入碳源氣，繼續通入保護氣體，改變所述基底的溫度至一預定溫度；S42，通入氧氣，使所述奈米碳管陣列與氧氣反應；S43，停止通入氧氣，使所述基底自然降溫。
在步驟S41中，所述預定溫度為氧氣與所述奈米碳管陣列反應的溫度。待奈米碳管陣列生長結束後，停止通入碳源氣，繼續由進氣口105通入保護氣體，並維持反應腔101的氣壓為2~8托，改變所述基底108的溫度為500~800攝氏度。
在步驟S42中，由所述通氣元件102的進氣口105通入氧氣和保護氣體，氧氣的流量為300~500標準毫升/分鐘(sccm)，氣體進入所述通氣元件102內，依次經由所述出氣口106和所述基底108的通孔109進入所述反應腔101，與所述奈米碳管陣列接觸並反應5~20分鐘。可以理解，所述通入的氧氣可以是純淨的氧氣，也可以是含氧氣的混合氣體，如空氣或氧氣與其他氣體的混合氣體。
在步驟S43中，停止通入氧氣，繼續通入保護氣體，此時可以加大保護氣體的流通量，使基底108的溫度自然降至400攝氏度以下，然後緩慢地從反應腔101內取出基底108及基底108表面的奈米碳管陣列，簡單地機械振動，即可使奈米碳管陣列與基底108分離。
本實施例中，待奈米碳管陣列生長結束後，停止通入碳源氣，繼續通入保護氣體，並維持反應腔101的氣壓為5托，繼續維持所述基底108的溫度為700攝氏度，由所述通氣元件102通入氧氣，氧氣的流量為500標準毫升/分鐘，所述奈米碳管陣列與氧氣反應9~10分鐘，然後，停止通入氧氣，使基底108的溫度自然降至350攝氏度以下。在某個實施例中，步驟S4具體包括：將所述基底108的溫度加熱至800攝氏度，然後通入氧氣，氧氣的流量為300標準毫升/分鐘，所述奈米碳管陣列與氧氣反應5~7分鐘。在另一個實施例中，步驟S4包括在：將所述基底108的溫度降至500攝氏度，然後通入氧氣，氧氣的流量為500標準毫升/分鐘的，所述奈米碳管陣列與氧氣反應16~20分鐘。在另一個實施例中，步驟S4包括在：停止通入碳源氣，繼續通入保護氣體，使所述基底108的溫度自然降溫，在降溫過程中，通入氧氣，氧氣的流量為500標準毫升/分鐘，所述奈米碳管陣列與氧氣反應13~15分鐘。
本發明提供的奈米碳管陣列的製備方法，在沉積有催化劑的基底上生長奈米碳管陣列，在奈米碳管生長過程中，奈米碳管的頂端最先生長出來，奈米碳管的根部最後生長，在生長後期，催化劑的催化活性下降，導致後期生長的奈米碳管根部與奈米碳管頂端和側壁相比存在較多缺陷；在高溫環境下，氧氣與奈米碳管的頂端、側壁和根部均會發生反應，但與奈米碳管頂端和側壁相比，奈米碳管根部的缺陷較多，故氧氣較易與根部反應生成二氧化碳(CO2)，從而使奈米碳管陣列在一定程度上與其生長基底分離；而奈米碳管的側壁較乾
淨、缺陷少，在有限的反應時間內與氧氣反應較少或不與氧氣反應，從而可以保持奈米碳管陣列的完整性。
所述奈米碳管陣列與氧氣的反應溫度、反應時間及氧氣的流量三個參數值與奈米碳管陣列的品質有關，當生長的奈米碳管陣列的品質較低時，例如奈米碳管陣列中含有較多的缺陷及無定型碳時，可以適當降低反應溫度、縮短反應時間或減少氧氣的流量；當生長奈米碳管陣列的品質較高時，例如奈米碳管陣列為基本不含有雜質的超順排奈米碳管陣列時，可以適當提高反應溫度、延長反應時間或增加氧氣的流量。
可以理解，當反應溫度及氧氣的流量一定時，奈米碳管陣列與氧氣反應的時間不可過長，反應時間過長時，奈米碳管陣列受損嚴重，其高度將大大減少；奈米碳管陣列與氧氣反應的時間亦不可過短，反應時間過短時，奈米碳管陣列與氧氣接觸反應的時間少，奈米碳管陣列不易與基底分離。
本技術方案中，當奈米碳管陣列與氧氣反應一段時間後，簡單地機械振動就可使奈米碳管陣列與基底分離。奈米碳管陣列從靠近基底的根部與基底分離，而催化劑留在基底表面，與基底分離的奈米碳管陣列中含有很少或不含有催化劑顆粒。而且採用本發明提供的裝置，氧氣由氣體輸送管道通至基底的未沉積有催化劑的一面，由基底的複數個通孔進入反應腔，最先與奈米碳管陣列的根部反應，而不必充滿整個反應腔，可以減少氧氣的使用量，縮短所述奈米碳管陣列與氧氣的反應時間，且可以減少奈米碳管陣列的頂端與側壁與氧氣反應的機會，減少了奈米碳管陣列的損耗。
本發明提供的一種奈米碳管陣列的製備裝置及奈米碳管陣列的製備方法，具有以下優點：其一，將一具有複數個通孔的基底或複數個基底並排間隔地設置在一通氣元件的出氣口上，在生長奈米碳管陣列的過程中，碳源氣從基底未沉積有催化劑的一面由基底的通孔進入反應腔，最先與催化劑接觸，
有利於節省原料；其二，碳源氣可以與基底表面的催化劑均勻接觸，從而避免出現奈米碳管陣列四周高中間低的現象，製備高度均勻的奈米碳管陣列；其三，若加熱元件為一局部加熱元件，就不必加熱整個反應裝置，只加熱奈米碳管陣列的生長基底即可，利於節省能源；其四，待奈米碳管陣列生長結束後，通入氧氣，且氧氣從基底為沉積有催化劑的一面由基底的通孔進入反應腔，最先與奈米碳管陣列的根部接觸，促進了奈米碳管陣列的根部與氧氣的反應，利於奈米碳管陣列與基底的分離，且減少了奈米碳管陣列的頂部及側壁與氧氣反應的機會，減少了奈米碳管陣列的損耗，與先前技術中機械剝離奈米碳管陣列的方法相比，採用此種裝置可以減少奈米碳管陣列中的催化劑顆粒，簡單、方便，可以實現規模化及工業化。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
Claims (9)
- 一種奈米碳管陣列的製備方法，其包括以下步驟：提供一包括至少一個通孔的基底，將該基底的兩個表面分別定義為第一表面和第二表面，所述通孔貫穿第一表面和第二表面；將催化劑沉積在所述基底的第一表面；在保護氣體的環境下，加熱所述基底至奈米碳管陣列的生長溫度，通過一通氣元件將碳源氣通至所述基底的第二表面，所述碳源氣經由所述基底的通孔與所述催化劑接觸並在該基底的第一表面生長奈米碳管陣列；以及停止通入碳源氣，改變所述基底的溫度至一預定溫度，通過所述通氣元件將氧氣或含氧氣的混合氣體通至所述基底的第二表面，所述氧氣經由所述基底的通孔與所述奈米碳管陣列接觸並反應，所述氧氣與所述奈米碳管陣列的根部反應生成二氧化碳，使所述奈米碳管陣列從根部與所述基底分離。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，所述預定溫度為所述奈米碳管陣列與所述氧氣反應的溫度，所述預定溫度為500~800攝氏度。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，所述奈米碳管陣列與氧氣反應5~20分鐘。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，通入氧氣的流量為300~500標準毫升/分鐘。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，在將所述催化劑沉積在所述基底的第一表面之前，在所述基底的第一表面沉積一催化劑載體層。
- 如請求項第5項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，所述催化劑載體層的厚度為3~7奈米。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，所述基底為一包括至少一個通孔的連續整體結構。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，所述基底包括複數個相互間隔設置的基板，相鄰兩個基板形成通孔。
- 如請求項第1項所述之奈米碳管陣列的製備方法，其中，所述通氣元件包括一進氣口和至少一出氣口，所述基底覆蓋通氣元件的出氣口，所述通孔設置在出氣口上，且所述基底的第二表面與所述通氣元件接觸，所述碳源氣和氧氣從所述進氣口輸入，從所述出氣口輸出，從而通至所述基底的第二表面。
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