一种碳纳米管的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：将金属网罩置于PECVD设备的腔体中负极板上，在所述金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板；将所述PEVCD设备的腔体加热并向其中通入反应气体，接通电源，反应后得到催化剂颗粒；将PEVCD设备的腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后得到碳纳米管。本申请催化剂金属颗粒和碳纳米管在同一PECVD腔体内完成，且能够实现连续制备，提高了碳纳米管制备的效率；另一方面，低温制备使得碳纳米管能够应用于很多不耐高温的领域。

Preparation method of carbon nanotubes

The invention provides a preparation method of carbon nanotubes, which comprises the following steps: the metal net cover is arranged in the cavity of PECVD equipment in the negative plate, cover two arranged above the superposition of the catalyst metal plate in the metal net; the PEVCD equipment and the heating cavity to pass into the reaction gas, through the power was obtained by the reaction of the catalyst particles; the cavity heating equipment PEVCD after adding carbon source and carrier gas, the power supply is switched on, was obtained by the reaction of carbon nanotubes. The catalyst metal particles and carbon nanotubes are completed in the same PECVD cavity, and can be continuously prepared, which improves the efficiency of carbon nanotube preparation; on the other hand, low temperature preparation makes carbon nanotubes can be applied in many areas that are not resistant to high temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管的制备方法
本专利技术涉及碳纳米管
，尤其涉及一种碳纳米管的低温制备方法。
技术介绍
碳纳米管具有优异的力学、电学、光学以及场发射等性能，因此自1991年碳纳米管被发现以来，碳纳米管的制备、性能以及应用都受到了广泛的关注。目前关于碳纳米管的制备方法主要有电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法。其中电弧放电法是在高温条件下，利用反应气体电离，使石墨电极表面蒸发获得碳纳米管的方法，其反应剧烈，难以控制生成的碳纳米管的结构；激光蒸发法是利用高能激光束在高温条件下聚焦在金属催化剂和石墨混合的靶材上，通过蒸发和催化作用生成碳纳米管的过程；化学气相沉积方法是利用金属催化剂颗粒作为模板，在600～1200℃的条件下，热解气态烃生成碳纳米管。化学气相沉积方法制备碳纳米管的反应过程容易控制且成本低，适用于大量合成。然而，传统的热化学气相沉积反应温度过高，条件苛刻，限制了碳纳米管在微电子材料与高分子材料等对温度敏感材料领域的应用。除此之外，目前，在制备碳纳米管的过程中，热化学气相沉积法采用的催化剂粉末通常为预先制备好的，纳米粉末之间由于范德华力的作用，常常会产生团聚，进而影响碳纳米管的制备效率和形貌结构。如何降低碳纳米管制备的成本，简化制备工艺是目前碳纳米管制备、研究和应用的关键问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种碳纳米管的低温制备方法。有鉴于此，本申请提供了一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：A)，将金属网罩置于PECVD设备的腔体中负极板上，在所述金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板；B)，将所述PEVCD设备的腔体加热并向其中通入反应气体，接通电源，反应后得到催化剂金属颗粒；C)，将所述PEVCD设备的腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后得到碳纳米管。优选的，所述两块催化剂金属板之间的距离为1～5cm，所述催化剂金属板的材质为铁、钴、镍或复合金属材料，所述催化剂金属板表面设置有镂空图案。优选的，步骤A)中所述反应气体选自氢气和氩气中的一种或两种，所述反应气体的流量为50～100sccm，所述电源的功率为500～1000W。优选的，所述催化剂金属颗粒的粒径为1～50nm。优选的，步骤C)中所述碳源包括甲烷、乙醇、乙炔和正丁烷中的一种或多种，所述碳源的流量为5～50sccm。优选的，所述载气选自氢气、氮气和氩气中的一种或多种，所述载气的流量为100～150sccm。优选的，步骤C)中所述反应的温度为350～500℃，所述电源的功率为10～100W，所述反应的时间为10～100min。优选的，所述金属网罩为圆筒状不锈钢网罩或圆筒状铜网罩。本申请提供了一种阵列碳纳米管的制备方法，首先将金属网罩置于PEVCD设备的腔体中的负极板上，在金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板，再将腔体加热并向其中通入反应气体，接通电源，电场激发腔体内的反应气体，使其变为等离子体，通过控制腔体内气压，使金属板间产生空心阴极效应，利用空心阴极效应区域的高能高密度等离子体轰击金属薄板，溅射出纳米催化剂金属颗粒，继续加热达到反应温度后，向腔体内通入碳源与载气，接通电源，利用催化剂金属颗粒分解产生的纳米颗粒生长出碳纳米管。本申请碳纳米管自由生长的过程中，采用辅助的金属网罩，有效的提高等离子体的活性，更有效的分解碳源气体，实现碳纳米管在350～500℃的低温制备，使得在不耐高温的电子器件表面原位制备阵列碳纳米管薄膜变得可行，拓宽了其应用前景。附图说明图1为本专利技术采用的PECVD设备与金属网罩装置的示意图；图2为本专利技术实施例1制备的碳纳米管的扫描电镜照片；图3为本专利技术实施例1制备的碳纳米管的透射电镜照片；图4为本专利技术实施例2制备的碳纳米管的扫描电镜照片；图5为本专利技术实施例2制备的碳纳米管的透射电镜照片；图6为本专利技术实施例3制备的碳纳米管的扫描电镜照片；图7为本专利技术实施例3制备的碳纳米管的透射电镜照片。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种阵列碳纳米管薄膜的制备方法，包括以下步骤：A)，将金属网罩置于PECVD设备的腔体中负极板上，在所述金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板；B)，将所述PEVCD设备的腔体加热并向其中通入反应气体，接通电源，反应后得到催化剂颗粒；C)，将PEVCD设备的腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后得到碳纳米管。本申请提供了一种碳纳米管的制备方法，本申请制备的碳纳米管实际是一种无基底自由生长的碳纳米管。本申请溅射出的催化剂金属颗粒落在阴极板，难以与该表面产生有效结合，因此本申请的碳纳米管是成颗粒存在的。该方法利用金属网罩的辅助作用，实现了纳米管薄膜的低温制备。本申请碳纳米管的制备方法包括纳米催化剂金属颗粒的制备与低温碳纳米管的制备两个步骤，且两个步骤是在同一个PECVD反应腔体内连续完成的。本申请首先进行纳米催化剂金属颗粒的制备。如图1所示，图1为本专利技术碳纳米管制备的PECVD设备的装置示意图。本申请首先将金属网罩置于PECVD设备的腔体中负极板上，在金属网罩上方放置依次叠加放置的两块催化剂金属板。本申请所述PECVD腔体为PECVD设备的反应腔体，所述PECVD设备为本领域技术人员熟知的设备，对此本申请没有特别的限制，本申请采用的PECVD设备优选如图1所示，PECVD反应腔体内金属网罩与两块催化剂金属板的设置具体为：所述金属网罩放置于下极板上，所述金属网罩的上方且与金属网罩直接接触的设置有依次叠加的两块催化剂金属板，所述金属网罩与催化剂薄板均设置于上极板与下极板之间。本申请所述金属网罩可以为圆筒状不锈钢网罩或圆筒状铜网罩。本申请所述催化剂薄板表面设置有镂空图案，以增大溅射到阴极板上催化剂颗粒的数量，所述镂空图案可以为圆形、也可以为其他形状，对此本申请没有特别的限制。本申请所述两块催化剂金属板的间距优选为1～5cm。所述催化剂金属板优选为铁、钴、镍或复合金属材料，本申请所述催化剂金属板优选为同一种金属材料。在制备催化剂纳米颗粒的过程中，首先加热PECVD设备的腔体并向PECVD腔体中通入反应气体，达到预定温度后接通电源，电场激发腔体内的反应气体，使其变为等离子体，通过控制PECVD腔体内的气体压力，使得催化剂两板之间产生空心阴极效应。利用产生的空心阴极效应区域的高能高密度等离子体轰击金属薄板，溅射出纳米金属颗粒。两块催化剂薄板之间的距离以控制产生在金属板之间的等离子体密度，在一定的反应气压与功率下，获得密度很高的等离子体用来轰击金属表面，溅射出纳米金属颗粒。在此过程中，金属网罩用于导通阴极板与催化金属板的作用，使得金属板之间能够产生空心阴极效应。在上述过程中，所述反应气体优选为氩气与氢气中的一种或两种，通过控制电场功率以及选择合适的反应气体，能够获得不同粒径的催化剂颗粒，其尺寸范围为1～50nm。所述反应气体的流量优选为50～100sccm，在实施例中，所述反应气体优选为氢气与氩气，所述氩气的流量优选为50～80sccm，所述氢气的流量优选为20～50sccm。电源功率优选为500～1000W，示例的，所述电源功率优选为600～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：A)，将金属网罩置于PECVD设备的腔体中负极板上，在所述金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板；B)，将所述PEVCD设备的腔体加热并向其中通入反应气体，接通电源，反应后得到催化剂金属颗粒；C)，将所述PEVCD设备的腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后得到碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：A)，将金属网罩置于PECVD设备的腔体中负极板上，在所述金属网罩上方放置叠加的两块催化剂金属板；B)，将所述PEVCD设备的腔体加热并向其中通入反应气体，接通电源，反应后得到催化剂金属颗粒；C)，将所述PEVCD设备的腔体加热后通入碳源和载气，接通电源，反应后得到碳纳米管。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述两块催化剂金属板之间的距离为1～5cm，所述催化剂金属板的材质为铁、钴、镍或复合金属材料，所述催化剂金属板表面设置有镂空图案。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中所述反应气体选自氢气和氩气中的一种或两种，所述反应气体的流量为50～100sccm，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，吉小超，于鹤龙，王红美，杜军，汪勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京,11