单晶硅基表面碳纳米管薄膜的制备研究.pdf

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第卷第期国外金属热处理.。.
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单晶硅基表面碳纳米管薄膜的制备研究
北京师范大学材料科学与工程系北京彭宜斌程国安郑瑞廷
南昌大学材料科学工程系南昌刘华平。刘长虹
摘要以乙炔气为反应气体,采用催化裂解方法,在沉积有铁催化剂膜的单晶硅基体上研究碳纳米管薄膜的制
备。研究表明,由于催化剂的作用,在硅基体上能够形成直径为—的碳纳米管;铁催化荆膜的粒径大小和
分散状态对碳钠米管薄膜的厚度、管径和均匀性起着关键作用;氢氟酸水溶液处理的催化剂膜有利于铁催化剂颗粒
的分散和均匀化,能形成比较好的碳纳米管薄膜。由电镜分析发现,在单晶硅基体上生长的碳纳米管为顶端生长模
式。
关键词碳纳米管催化裂解法单晶硅
前言属离子镀设备,在阳极氧化后的多孔硅层表面上沉
自从年日本的首先在高分辨透射积一层~的铁作为碳纳米管生长的催化剂。
电子显微镜下发现碳纳米管以来,人们发现沉积铁之前,先对硅表面进行离子轰击以清洁表面。
碳纳米管由于其特殊的形状和结构而具有高强度、碳纳米管的生长在一型自动控温扩散炉
高比表面、低电阻率和高热导率等特点,使其在许多中进行,装置示意图如图所示。将准备好的硅片
领域都具有很好的应用前景。例如可以作为高强度放入石英舟,把石英舟置于炉中石英管的中间位置,
的复合材料增强纤维和新型碳纤维材料、新一代的密封后升温,同时以通入氮气来排出空气,再通入氢
储氢材料和催化剂载体。由于其优异的场发射性气,在下恒温对铁膜进行充分还原。
能,有可能用于新一代平板显示器等。由于特殊的还原后将温度升到~,再通入适量氨气对
结构和介电性质,碳纳米管还是一种有前途的理想铁膜进行的刻蚀,以活化、细化铁催化剂膜。
的微波吸收剂,可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗刻蚀后按一定比例通入乙炔和氢气进行碳纳米管薄
室吸波材料。目前有许多制备碳纳米管的方法,其膜的生长,时间一般控制在。研究所用的
中以石墨电弧法卜、脉冲激光蒸发法和催化碳源气体为纯度.%乙炔气体,氢气和氮气纯度
裂解法又称化学气相法【】三种方法最为有效。为.%,作为刻蚀剂的氨气纯度为.%。
由于催化裂解法制备碳纳米管具有设备简单、效率
高、碳纳米管纯度好等特点,常用于多壁碳纳米管的
制备研究。本实验通过在单晶硅基体上沉积催化刚
剂,以乙炔为碳源进行催化裂解沉积,制备碳纳米管≮
薄膜。
流量计石英舟反应炉温度控制
石英管尾气净化尾气
实验方法
图碳纳米管生长装置示意图
碳纳米管薄膜的生长采用催化裂解法,有机气
体在高温下热解成活性碳原子沉积在基体上。硅基用一型扫描电子显微镜对刻蚀后
的硅基底和制备的碳纳米管薄膜进行表面形貌研
底采用型晶向抛光片电阻率为~.·
究:用透射电子显微镜对碳纳
。硅片经超声波振荡清洗后,进行阳极氧化,在
米管的纤维结构进行表征。
其表面形成多孔硅层。阳极氧化所用的电解液为氢
氟酸浓度不低于%的水溶液或乙醇溶液,体积
比为:,阳极氧化电流密度控制在~/, 结果与讨论
在有机气体催化热解制备碳纳米管的方法中,
氧化时间为~.利用磁过滤低能金
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第期彭宜斌等:单晶硅基表面碳纳米管薄膜的制备研究
催化剂颗粒的尺寸大小、分散性和催化剂活