一种碳纳米管的制备方法技术

本发明专利技术涉及碳纳米管的制备技术，具体涉及一种碳纳米管的制备方法。所述制备方法，包括如下步骤：将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；在所述硅衬底表面生长一层镍金属；向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构。本发明专利技术仅通过ALD设备就能制备出碳纳米管，制备方法简单，且制备出的薄膜结构完整，适用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳纳米管的制备技术，具体涉及一种用原子层沉积设备制备碳纳米管的方法。
技术介绍
Iijima在1991年发现了碳纳米管(CNT)。它是石墨的一层或少数几层碳原子曲卷成的无缝、中空的结构。单壁的管径最小可至0.5nm，多壁的管径可至近百纳米。CNT依据结构特征可以分为扶手椅式纳米管、锯齿形纳米管和手型纳米管。CNT具有良好的力学性能，它的抗拉强度达到50-200Gpa ；弹性模量可达IIPa ；硬度与金刚石相同，却具有良好的柔韧性。CNT在某些特性方向表现出金属性，在其他方向表现出半导体性。理论计算直径为0. 7nm的CNT具有超导性。碳纳米可吸附大小适合其内径的分子，在催化方面可用作催化剂载体。在碳纳米管内部可以填充金属、氧化物等物质，可以用在制作模具上。碳纳米管的直径可以很小，以此提供了一种进行纳米化学反应最细的毛细管。碳纳米管上极小的微粒可以引起碳纳米管在电流中的摆动频率变化，以此制作纳米称。目前制备CNT的方法主要有电弧放电法，激光烧蚀法，固相热解法、激光溅射法和化学气相沉积(CVD)法。前面几种方法产率低，制备的产物含有多种碳杂质，提纯工序复杂。 化学气相沉积法需要先通过溅射或者蒸镀方法先生长上一层过渡金属，再利用CVD方法生长。在生长过程中需要把硅片进行移动，不利于工艺一体化，而且在移动的过程中，可能会对硅片产生污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，使用该方法制备出的碳纳米管具有完整结构，功能性强。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为 ，包括如下步骤 将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中； 在所述硅衬底表面生长一层镍金属；向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构。上述方案中，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括 所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，在所述硅衬底的表面形成硅氢键。上述方案中，所述在所述硅衬底表面生长一层镍金属具体包括A.向所述原子层沉积设备反应腔中通入镍前驱体，所述镍前驱体分解出的镍原子吸附在所述硅衬底表面；B.向所述原子层沉积设备反应腔中通入含氢物质，通过等离子体放电，使得含氢物质中的氢原子与所述镍前驱体分解出来的配位基团反应，同时和所述硅衬底表面的镍原子形成镍氢键；经过步骤A和步骤B多次交替反应后，所述硅衬底表面生长一层镍金属。上述方案中，所述镍前驱体为含镍络合物Ni 2。上述方案中，所述含氢物质为氨气，所述含氢物质通入所述原子层沉积设备反应腔的流速为50SCCm-400SCCm，所述原子层沉积设备反应腔的等离子体放电功率为 100w-1000w。上述方案中，所述碳氢物质为乙炔，所述碳氢物质通入所述原子层沉积设备反应腔的流速为lOsccm-lOOsccm，所述原子层沉积设备反应腔的等离子体放电功率为 20w-150w，放电时间为Is。与现有技术方案相比，本专利技术采用的技术方案产生的有益效果如下本专利技术仅通过ALD设备就能制备出碳纳米管，制备方法简单，且制备出的薄膜结构完整，适用性强。附图说明图1为本专利技术实施例中硅衬底表面经过处理的形成Si-H键的示意图； 图2为本专利技术实施例中向原子层沉积反应腔通入的示意图3为本专利技术实施例中中的配位基团和硅衬底表面的氢原子反应生成副产物H(dmamb)，镍吸附在衬底表面的示意图4为本专利技术实施例中氨气中氢原子和硅衬底表面的(dmamb)反应，在表面形成镍氢键的示意图5为本专利技术实施例中硅衬底表面的(dmamb)全部发生反应后的示意图； 图6为本专利技术实施例中硅衬底表面生长出一层镍金属的示意图； 图7为本专利技术实施例中向原子层沉积反应腔通入乙炔，并通过等离子体使得乙炔电离的示意图8为本专利技术实施例中在镍金属表面形成一层碳纳米管结构的示意图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进行详细描述。本专利技术实施例提供，具体包括如下步骤步骤101，通过标准液和氢氟酸处理硅衬底表面，在硅衬底表面形成硅氢键，如图1所示，其中，标准液是指1号液，浓硫酸双氧水=4 1 ;2号液，氨水纯净水双氧水=1:5:1; 3号液，盐酸双氧水纯净水=1:1:6 ；将进行氢化处理后的硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；步骤102，开启原子层沉积设备，调整工作参数，达到实验所需工作环境；向原子层沉积反应腔中通入 Ni 2 ( ) 1 秒，如图 2 所示； 和衬底表面发生反应，反应式为Si - H + NHdmamh)! Si - Mi + H (dmamb) ； 不稳、定，禾口 Ni 相连的键容易断裂，分解出的镍原子吸附在硅衬底表面形成硅镍键，其余配位基团和氢相连， 形成副产物，如图3所示；步骤103，向原子层沉积设备反应腔中通入氨气，进行等离子体放电，氨气的流速为50sccm-400sccm，等离子体放电功率为10W-50W ；氨气通过等离子体放电使得氢原子和另一配位基团反应，并和镍原子形成镍氢键，如图4所示，反应式为 Hi — (dmam b) + NH s Ni — H + H (dmamb) + NHx ,其中 NHx (x=0, 1，2)为氨气部分电离产物；此反应的最终结果如图5所示；经步骤102和步骤103多次交替反应后，在硅衬底表面长出一层厚度为lnm-5nm的镍 ^riM 步骤104，向原子层沉积设备反应腔中通入乙炔，进行等离子体放电，乙炔的流速为 lOsccm-lOOsccm，等离子体放电功率为20W-150W，放电时间为1秒，如图7所示；最终，乙炔经等离子体放电产生的碳原子自发积累在镍金属表面形成圆环结构，即形成碳纳米管结构，如图8所示。本专利技术实施例中，步骤104还以使用甲烷或乙醇等碳氢物质。本专利技术实施例中使用的镍前驱体源Ni [OC(CH3) (C2H5)CH2N(CH3)2J2需要临时制备， 制备过程中，镍前驱体源的温度需要控制在70°C左右，载气为氩气，流速为50sCCm。本专利技术实施例提供的是一种用ALD设备实现碳纳米管的制备方法，该方法通过 ALD设备能制备出具有完整结构、功能性强的碳纳米管材料。ALD设备通过在腔体中通入含镍的不稳定物质，该物质和适当的衬底相互作用，生成一层镍金属。在此基础上通过等离子体电离碳氢物质，实现碳元素的积累，自行形成碳纳米管薄膜。本专利技术仅通过ALD设备就能制备出碳纳米管，制备方法简单，且制备出的薄膜结构完整，适用性强。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。权利要求1.，其特征在于，包括如下步骤将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；在所述硅衬底表面生长一层镍金属；向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构。2.如权利要求1所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中的步骤之前还包括所述硅衬底的表面经过标准液和氢氟酸处理，在所述硅衬底的表面形成硅氢键。3.如权利要求1所述的碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；在所述硅衬底表面生长一层镍金属；向所述原子层沉积设备反应腔中通入碳氢物质，通过等离子体放电，形成碳原子，所述碳原子自发积累在所述镍金属表面形成碳纳米管结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘键，饶志鹏，万军，夏洋，李超波，陈波，黄成强，石莎莉，李勇滔，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11