【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管制备，更具体地，涉及一种大幅提升单壁碳纳米管水平阵列生长尺寸、分布均匀性以及密度的制备方法。
技术介绍
1、从几何结构讲，单壁碳纳米管可被看作是单层石墨烯卷曲而成的无缝中空管，卷曲方式不同结构也不尽相同，也由此决定了碳纳米管具有诸多优异的物理和化学性质。自问世以来，单壁碳纳米管因其独特的几何和电子结构而受到广泛关注，并在诸多领域展现出了巨大的潜在应用价值。
2、作为一维狄拉克材料，碳纳米管的电学性能尤显突出，由于其电子和空穴有效质量为零，因此载流子迁移率极高且电子输运表现出弹道特性，故碳纳米管常被认为是“后摩尔时代”有望延续摩尔定律、取代半导体硅的明星材料之一。在碳纳米管的多种集成形态中，水平阵列是单根碳纳米管平行排列于平整基底表面的一种特殊集成类型，其制备方法主要包括两大类：后处理法和直接生长法，其中后处理法一般会涉及碳纳米管分散以及再定向过程，因此这类方法往往存在着水平阵列定向性差、碳纳米管多层堆叠、引入缺陷杂质以及耗时长、成本高等弊端，因此直接生长法通常是更优的选择。
3、应用导向是碳纳米管水平阵列的发展目标，进一步提升半导体纯度、密度、生长尺寸等指标是寻求碳纳米管杀手锏级应用的必由之路。纵观目前直接生长法的制备现状，大生长尺寸、均匀化分布和高密度处于不可兼得的窘境。虽已有工作直接制备出密度可高达130根/微米的碳纳米管水平阵列，但这仅仅是非常局域的达标，整个基底上的碳纳米管阵列密度表现出非常大的差异化分布，尤其在放大生长基底尺寸的过程中，整体密度的下降或者密度分布均匀性变差的
技术实现思路
1、本专利技术针对现有高密度单壁碳纳米管水平阵列规模化制备中存在的问题，提出一种大幅提升单壁碳纳米管水平阵列生长尺寸、分布均匀性以及密度的制备方法。
2、本专利技术提供一种单壁碳纳米管水平阵列，包括单晶蓝宝石基底及生长于其表面、平行排列的单壁碳纳米管，所述单晶蓝宝石基底的面积为0.24～5.07cm2，所述单壁碳纳米管水平阵列中单壁碳纳米管的密度为60～140根/微米。
3、本专利技术还提供一种碳纳米管水平阵列的制备方法，包括：s1，对单晶蓝宝石基底表面进行重构；s2，通过离子注入将催化剂前体注入经过重构的单晶蓝宝石基底；及s3，将经过离子注入后的基底放置于竖直喷淋化学气相沉积设备中，使其垂直于竖直喷淋的气流进行气相沉积生长单壁碳纳米管。
4、根据本专利技术一实施方式，在所述s1步骤中，通过激光划刻对单晶蓝宝石基底进行重构，所述激光划刻为紫外激光设定频率100khz，q脉冲宽度0.1s，速度20mm/s，循环次数大于等于100次，优选为100～200次。
5、根据本专利技术另一实施方式，所述激光划刻为利用激光在所述基底划刻网格，所述网格中相邻两条平行划痕的距离在1～2mm之间。
6、根据本专利技术另一实施方式，在激光划刻处理后对基底进行退火，所述退火为将基底3h升温至1100℃并保温8h，之后在控温下经过10h降至300℃，随后自然冷却至室温。
7、根据本专利技术另一实施方式，在所述s2步骤中，所述催化剂前体为铁离子。
8、根据本专利技术另一实施方式，在所述s2步骤中，所述离子注入的能量为5～20kev。
9、根据本专利技术另一实施方式，在所述s2步骤中，剂量为1×1013～1×1014ions/cm2。
10、根据本专利技术另一实施方式，在所述s2步骤中，所述退火为将基底3h升温至1100℃并保温8h，之后在控温下经过10h降至300℃，随后自然冷却至室温。
11、根据本专利技术另一实施方式，所述单晶蓝宝石基底的面积为0.24～5.07cm2。
12、本专利技术的单壁碳纳米管水平阵列的生长面积可达一英寸，密度最高可达140根/微米，且表现出超高质量。该制备方法结合了激光划刻技术、离子注入技术以及竖直喷淋设备，实现了蓝宝石单晶基底的表面重构、其上催化剂分布以及气流与基底作用模式的同步优化，从而显著提升了单壁碳纳米管水平阵列的生长尺寸、密度和均匀性，且该方法具有可控、稳定、易放大等特点。此外，离子注入技术为催化剂前体的选择提供了更大的空间，通过筛选合适的催化剂前体，有望实现对碳纳米管水平阵列导电属性乃至手性结构的精细控制，因此具有十分广阔的前景。
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1.一种单壁碳纳米管水平阵列，其特征在于，包括单晶蓝宝石基底及生长于其表面、平行排列的单壁碳纳米管，所述单晶蓝宝石基底的面积为0.24～5.07cm2，所述单壁碳纳米管水平阵列中单壁碳纳米管的密度为60～140根/微米。
2.一种碳纳米管水平阵列的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述S1步骤中，通过激光划刻对单晶蓝宝石基底进行重构，所述激光划刻为紫外激光设定频率100KHz，Q脉冲宽度0.1s，速度20mm/s，循环次数大于等于100次，优选为100～200次。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述激光划刻为利用激光在所述基底划刻网格，所述网格中相邻两条平行划痕的距离在1～2mm之间。
5.根据权利要求3或4的制备方法，其特征在于，在激光划刻处理后对基底进行退火，所述退火为将基底3h升温至1100℃并保温8h，之后在控温下经过10h降至300℃，随后自然冷却至室温。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述S2步骤中，所述催化剂前体为铁离子。
...【技术特征摘要】
1.一种单壁碳纳米管水平阵列，其特征在于，包括单晶蓝宝石基底及生长于其表面、平行排列的单壁碳纳米管，所述单晶蓝宝石基底的面积为0.24～5.07cm2，所述单壁碳纳米管水平阵列中单壁碳纳米管的密度为60～140根/微米。
2.一种碳纳米管水平阵列的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述s1步骤中，通过激光划刻对单晶蓝宝石基底进行重构，所述激光划刻为紫外激光设定频率100khz，q脉冲宽度0.1s，速度20mm/s，循环次数大于等于100次，优选为100～200次。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述激光划刻为利用激光在所述基底划刻网格，所述网格中相邻两条平行划痕的距离在1～2mm之间。
5.根据权利要求3或4的制备方法，其特征在于，在激光划刻处理...
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