一种超长单壁碳纳米管水平阵列、制备方法及反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种利用稳定气流制备性质均一超长单壁碳纳米管水平阵列、制备方法及反应装置，涉及纳米材料研究领域。制备方法包括如下步骤：在还原气氛中将催化剂前驱体还原为有活性的催化剂后快速降温至非反应温度。将第二衬底与载有有活性的催化剂的第一衬底共同置于具有碳源的稳定的层流气氛中，再快速升温至生长温度反应得到超长单壁碳纳米管水平阵列。反应装置至少包括反应腔体和加热装置，反应腔体能够迅速升温和降温以达到反应所需的温度要求。本发明专利技术的方法与装置能保证得到的超长碳纳米管在稳定的层流中准直平行排列，能高效地可控制备无缺陷的性质均一、高准直性、高平行性、高密度的超长单壁碳纳米管水平阵列。

Ultra long single wall carbon nanotube horizontal array, preparation method and reaction device

The invention provides a horizontal array of homogeneous and super long wall carbon nanotubes with stable airflow, a preparation method and a reaction device, and relates to the field of nano material research. The preparation method comprises the following steps: reducing the catalyst precursor into an active catalyst in a reducing atmosphere and rapidly lowering the temperature to a non reaction temperature. A second substrate is placed in a stable laminar flow atmosphere with a carbon source in combination with a first substrate containing an active catalyst, and a high temperature single wall carbon nanotube horizontal array is rapidly heated to the growth temperature. The reaction device comprises at least a reaction cavity and a heating device, and the reaction chamber can rapidly raise temperature and cool down so as to meet the temperature requirement required by the reaction. Method and device of the invention can ensure long carbon nanotubes in stable laminar collimator arranged in parallel, can efficiently be uniform and properties of controlled preparation of defect free high collimation, long Dan Bitan, high level parallel nanotube arrays with high density.

【技术实现步骤摘要】
一种超长单壁碳纳米管水平阵列、制备方法及反应装置
本专利技术涉及纳米材料研究领域，特别涉及一种超长单壁碳纳米管水平阵列、制备方法及反应装置。
技术介绍
碳纳米管具有优异的力学、热学、电学和化学性质，如极高的杨氏模量、热导率、载流子迁移率和化学稳定性等。这些优点使得碳纳米管在电子器件、光电器件、传感器件、复合材料等领域有着广阔的应用前景。碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，其中，单壁碳纳米管是一种理想的一维量子线，在电子学和光电子学领域有更为广阔的应用空间，尤其是在微纳电子器件领域，碳纳米管被视为最有可能替代硅材料的下一代半导体器件核心材料。单壁碳纳米管可以视为由单层石墨烯卷曲而成。按照卷曲方式的不同，单壁碳纳米管可以分为不同的手性，由手性指数(n，m)标记，具有不同手性的碳纳米管具有不同的能带结构，其中n-m是3的倍数的表现为金属性，其余则表现为半导体性。金属型碳纳米管具有极高的电导率，同时能承受极高的电流密度，是理想的量子导线；半导体型碳纳米管具有极高的载流子迁移率和开关比，可以用作构筑纳米级逻辑电路的基本单元。通常方法制备出来的单壁碳纳米管是各种手性碳纳米管的混合，其中约本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超长单壁碳纳米管水平阵列的制备方法，包括如下步骤：提供一载有催化剂前驱体的第一衬底，在具有还原气体的气氛中加热到温度T1，将催化剂前驱体还原为有活性的催化剂；经过还原时间t1后，快速将催化剂及所述第一衬底的温度由所述温度T1降至非反应温度，停止反应；提供第二衬底，将所述第二衬底与载有所述有活性的催化剂的第一衬底共同置于具有碳源气体的气氛中，至所述碳源气体的气氛为稳定的层流后，快速将所述有活性的催化剂及所述第一衬底和所述第二衬底温度升至温度T2，在所述温度T2下生长，得到超长单壁碳纳米管水平阵列。

【技术特征摘要】
2017.01.20 CN 20171005210401.一种超长单壁碳纳米管水平阵列的制备方法，包括如下步骤：提供一载有催化剂前驱体的第一衬底，在具有还原气体的气氛中加热到温度T1，将催化剂前驱体还原为有活性的催化剂；经过还原时间t1后，快速将催化剂及所述第一衬底的温度由所述温度T1降至非反应温度，停止反应；提供第二衬底，将所述第二衬底与载有所述有活性的催化剂的第一衬底共同置于具有碳源气体的气氛中，至所述碳源气体的气氛为稳定的层流后，快速将所述有活性的催化剂及所述第一衬底和所述第二衬底温度升至温度T2，在所述温度T2下生长，得到超长单壁碳纳米管水平阵列。2.根据权利要求1所述的超长单壁碳纳米管水平阵列的制备方法，其特征在于，所述稳定的层流为气流的雷诺数小于系统的临界雷诺数且保持稳定，同时各气体成分组分保持稳定；优选地，所述稳定的层流的雷诺数小于临界雷诺数的50％且在生长过程中气流雷诺数的波动小于20％；可选地，所述还原气体的气氛包括还原气体与第一载气，所述碳源气体的气氛包括碳源气体与第二载气。3.根据权利要求2所述的超长单壁碳纳米管水平阵列的制备方法，其特征在于，其中，所述第一衬底与所述第二衬底置于一反应腔体内反应；快速降温及快速升温过程满足所述第一衬底与所述第二衬底所在的所述反应腔体内的周围空间处能够迅速升温和降温以达到所需反应温度的要求；所述非反应温度为催化剂不与所述还原气体、所述碳源气体、所述载气及所述反应腔体的材料发生反应且始终保持催化活性的温度；可选地，在升温降温过程的前2分钟内，升温速率和降温速率均大于100℃/min；可选地，非反应温度低于所述温度T1和所述温度T2中较低的温度。4.根据权利要求1-3中任一项所述的超长单壁碳纳米管水平阵列的制备方法，其特征在于，在稳定的层流气氛中生长碳纳米管的步骤包括：将载有有活性的催化剂的第一衬底与所述第二衬底共同置于处于非反应温度的反应腔体内；向所述反应腔体内持续通入碳源气体及第二载气，至所述反应腔体中的气流形成稳定的层流；快速将所述第一衬底与所述第二衬底周围的空间温度上升至温度T2，开始生长超长碳纳米管并沉积到所述第二衬底上；生长一段时候t2后，将所述第一衬底与所述第二衬底周围的空间温度下降至室温，并停止通入所述碳源气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丰，周维亚，王艳春，解思深，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11