碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置制造方法及图纸

一种碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，包括一反应室、一基底、一第一电极、一连接线、一第二电极、一支撑结构、一测量表和若干导线；所述基底、第一电极、连接线、第二电极和支撑结构均设置于所述反应室的内部；所述测量表位于反应室的外部，且该测量表通过导线与所述第一电极和第二电极电连接；所述第一电极具有一空腔；所述支撑结构、第二电极和连接线相互配合，使基底悬空于所述空腔内。本发明专利技术还涉及一种碳纳米管阵列电学特性的原位测量方法。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置
本专利技术涉及一种碳纳米管生长的原位测量装置及原位测量方法，尤其涉及一种原位电学测量碳纳米管生长的装置，以及原位电学测量碳纳米生长的方法。
技术介绍
碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的中空管状物，其具有优异的力学、热学及电学性质。碳纳米管应用领域非常广阔，例如，它可用于制作场效应晶体管、原子力显微镜针尖、场发射电子枪、锂离子电池等等。其中，在化学气相沉积制备碳纳米管时，原位电学测量可以反映碳纳米管的生长情况，并且对理解碳纳米管的生长机理有重要意义。现有技术中，需要先将生长的碳纳米管从反应室内取出来，然后再测量碳纳米管的电学特性。碳纳米管由反应室内移到反应室外，碳纳米管最本征或最原始的电学特性会由于环境的改变而受到影响，导致测量的碳纳米管的电学特性不准确。现有技术不能对碳纳米管生长过程中的电现象以及电荷转移过程进行原位测量，缺少对碳纳米管生长过程中有关电荷过程的机理研究。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以测量碳纳米管生长的原位电学测量装置及方法。一种碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，包括一反应室、一基底、一第一电极、一连接线、一第二电极、一支撑结构、一测量表和若干导线；所述基底、第一电极、连接线、第二电极和支撑结构均设置于所述反应室的内部；所述测量表位于反应室的外部，且该测量表通过导线与所述第一电极和第二电极电连接；所述第一电极具有一空腔；所述支撑结构、第二电极和连接线相互配合，使基底悬空于所述空腔内。一种碳纳米管电学特性的原位测量方法，包括以下步骤：将一第一电极放置在一反应室内，该第一电极具有一空腔；将一生长基底悬空设置在所述空腔内，且所述生长基底表面设置有一催化剂层；提供一测量表，该测量表分别与所述第一电极和所述生长基底电连接；向所述空腔内通入碳源气体和氢气，加热所述反应室，在所述生长基底上生长所述碳纳米管；从所述测量表上得到所述碳纳米管的电学特性。与现有技术相比，本专利技术提供的原位测量装置中，碳纳米管始终处于反应室内，对碳纳米管的生长进行实时电学监测的过程中，碳纳米管仍然处于其生长的环境，即碳纳米管的生长环境和测量环境相同，可以测量碳纳米管最本征的电学特性，从而提高碳纳米管电学特性的测量准确度。进而保证测量的结果确实反映了碳纳米管生长过程中电荷的产生和转移情况。附图说明图1是本专利技术提供的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置的结构示意图。图2为本专利技术提供的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。图3为本专利技术提供的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。图4为本专利技术提供的包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。图5为本专利技术提供的包括多个沿不同方向择优取向排列的碳纳米管的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。图6是本专利技术提供的第一电极的另一结构示意图。图7是本专利技术提供的连接线的结构示意图。图8是本专利技术提供的连接线和支撑基底所形成的整体结构的分解示意图。图9是本专利技术提供的连接线和支撑基底所形成的另一整体结构的分解示意图。图10是图7连接线中导电线所使用的碳纳米管线结构的结构示意图。图11是图7连接线中导电线所使用的碳纳米管线结构的另一结构示意图。图12是本专利技术提供的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图13是本专利技术提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。图14是本专利技术提供的连接线、第二电极和支撑结构所形成的整体结构的分解示意图。图15是本专利技术提供的碳纳米管生长的原位电学测量方法的流程图。图16是利用图1中原位测量装置和图15中原位测量方法所测量的时间-开路电压曲线图。图17是利用图1中原位测量装置和图15中原位测量方法所测量的时间-短路电流曲线图。主要元件符号说明原位测量装置10反应室100第一电极110第一开口1102第二开口1104空腔112第一导电板114第二导电板116基底120生长基底122支撑基底124孔1240碳纳米管阵列130连接线140导电线142碳纳米管线结构1420碳纳米管线1422支撑部144环形部146第二电极150第一端152第二端154第一凹槽156支撑结构160第二凹槽162导线170测量表180催化剂层200如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置以及原位测量方法作进一步的详细说明。请参见图1，本专利技术提供一种碳纳米管阵列130电学特性的原位测量装置10，包括一反应室100、一基底120、一第一电极110、一连接线140、一第二电极150、一支撑结构160、一测量表180和若干导线170。所述基底120、第一电极110、连接线140、第二电极150和支撑结构160均设置于所述反应室100的内部。所述测量表180位于反应室100的外部，且该测量表180通过导线170与所述第一电极110和第二电极150电连接。所述反应室100的材料不限，本实施例中，所述反应室100由石英形成。优选地，所述反应室100外面由一屏蔽层包围，该屏蔽层的作用是屏蔽外界对碳纳米管阵列130电学特性测量的干扰。所述屏蔽层的材料为镍、电阻合金等。所述基底120由一支撑基底124和一生长基底122形成，该生长基底122设置于支撑基底124的表面。所述支撑基底124的作用是用于支撑所述生长基底122，使生长基底122悬空设置于反应室100内，且该支撑基底124优选绝缘材料。为了不污染反应室100内碳纳米管阵列130的生长环境，所述支撑基底124优选碳材料、硅或二氧化硅材料，本实施例中，所述支撑基底124的材料为石英。所述生长基底122为一碳纳米管结构，该碳纳米管结构用于生长碳纳米管且在生长碳纳米管的温度下能够导电。该生长基底122优选为碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管絮化膜。本实施例中，所述生长基底122为碳纳米管絮化膜。请参见图2，所述碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纳米管。所述碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管拉膜表面。所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间通过范德华力连接。一方面，首尾相连的碳纳米管之间通过范德华力连接，另一方面，平行的碳纳米管之间部分亦通过范德华力结合，故，该碳纳米管拉膜具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管拉膜可通过直接拉伸一碳纳米管阵列130获得。所述生长基底122还可以包括至少两层重叠设置的碳纳米管拉膜。相邻的碳纳米管拉膜之间通过范德华力紧密结合。进一步，相邻两层碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方向之间形成一夹角α，0≤α≤90度，具体可依据实际需求而进行调整。请参见图3，所述碳纳米管絮化膜或者碳纳米管海绵为各向同性，其包括多个无序排列的碳纳米管。碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、相互缠绕。因此，碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。请参见图4和图5，所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与碳纳米管碾压膜的表面成一夹角α，其中，α大于等于零度且小于等于15度(0≤α≤15°)。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于碳纳米管碾压膜的表面。依据碾压的方式不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，该原位测量装置包括一反应室、一基底、一第一电极、一连接线、一第二电极、一支撑结构、一测量表和若干导线；所述基底、第一电极、连接线、第二电极和支撑结构均设置于所述反应室的内部；所述测量表位于反应室的外部，且该测量表通过导线与所述第一电极和第二电极电连接；所述第一电极具有一空腔；所述支撑结构、第二电极和连接线相互配合，使基底悬空于所述空腔内。

【技术特征摘要】
2016.05.20 CN 20161033694981.一种碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，该原位测量装置包括一反应室、一基底、一第一电极、一连接线、一第二电极、一支撑结构、一测量表和若干导线；所述基底、第一电极、连接线、第二电极和支撑结构均设置于所述反应室的内部；所述测量表位于反应室的外部，且该测量表通过导线与所述第一电极和第二电极电连接；所述第一电极具有一空腔；所述支撑结构、第二电极和连接线相互配合，使基底悬空于所述空腔内。2.如权利要求1所述的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，所述第二电极具有相对的第一端和第二端，该第二端具有一第一凹槽，所述支撑结构的一端具有一第二凹槽；所述第二电极的第一端插入该第二凹槽，所述连接线的一端插入该第一凹槽；所述基底具有一孔，所述连接线的另一端插入该孔内，从而使基底悬空于所述空腔内。3.如权利要求1所述的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，所述基底包括一用于生长碳纳米管的生长基底，且该生长基底在生长碳纳米管的温度下导电。4.如权利要求3所述的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，所述生长基底包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纳米管。5.如权利要求1所述的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，所述连接线包括一支撑部和一导电线，该支撑部用于支撑所述导电线，所述导电线的一端与第二电极连接，另一端与生长基底连接。6.如权利要求5所述的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置，其特征在于，所述支撑部为一石英管，所述导电线设置于该石英管内，且该导电线的两端均从该石英管内穿出，所述第一电极是由石墨形成的中空圆柱体。7.如权利要求6所述的碳纳米管阵列电学特性的原位测量装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江涛，金翔，柳鹏，魏洋，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11