一种在基片上制备碳纳米管-多层石墨复合结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种在基片上制备碳纳米管-多层石墨复合结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过溶胶凝胶法配置含铁的前驱溶液，通过旋涂的方法将前驱溶液均匀的涂布在基片上制得含铁的前驱液薄膜并放入恒温箱中烘干；步骤2：将步骤1中烘干后的含铁的前驱液薄膜放入管式炉中真空退火得到均匀的含铁薄膜；步骤3：对步骤2中得到的含铁薄膜在一定温度下进行一次还原得到铁催化剂薄膜；步骤4：碳纳米管-多层石墨烯复合结构的制备。本发明专利技术的有益效果是：实现了直接一步合成碳纳米管-多层石墨烯复合结构的目的，因此方法简单，成本低廉，易于大量制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碳纳米材料合成
，具体涉及一种制备碳纳米管-多层石墨复合结构的方法。
技术介绍
自从1991年碳纳米管被发现以来，引起了世界上的广泛关注。金属铜互连的局限性限制了下一代集成电路的发展，相比于铜，碳纳米管拥有较高的导电、导热，和良好的力学性能，替代铜成为一种可能，在互连领域拥有较大的应用潜力。碳的另一种同素异形体一石墨烯有很高的电导率和很强的机械性能，IBM公司已经借此成功研制出世界上最小最快的石墨烯晶体管，多层石墨烯也即为多层石墨。结合碳纳米管在一维轴向和石墨烯二维平面上的独特性质，制备出的碳纳米管-多层石墨复合结构有望为微电子器件的发展 提供新的动力。目前制备碳纳米管-多层石墨复合结构的方法主要采用热化学气相沉积法，催化剂和生长条件的控制成为复合结构制备的关键。Paul等人通过首先转移石墨烯至二氧化硅基片上，然后通过化学气相沉积法在石墨烯薄膜上生长碳纳米管，从而制备出复合结构，然而该方法需要分步生长石墨烯和碳纳米管，并且还有复杂的石墨烯转移过程[Paul RK, Ghazinejad M, Penchev M, Lin J, Ozkan M, Ozkan CS. Synthesis of apillared graphene nanostructure:a counterpart of three-dimensional carbonarchitectures. Small 2010; 6 (20) : 2309-13。2008 年，来自日本的 Kondo 等人采用物理气相沉积法制备催化剂第一次通过控制催化剂的厚度直接制备出碳纳米管-多层石墨复合结构Kondo. D, Sato. S，Awano. Y. Self-organization of novel carbon compositestructure:graphene multi-layers combined perpendicularly with aligned carbonnanotubes. Appl Phys Express 2008; I (7) : 074003-1-3;2011 年 Jousseaume 等人米用同样方法制备催化剂利用氩气对催化剂的预处理成功地在互补-金属-氧化物-半导体兼容的温度(小于450°C)制备出了碳纳米管-多层石墨复合结构Jousseaume V, CuzzocreaJ, Bernier N, Renard VT. Few graphene layers/carbon nanotube composites grownat compIementary-metal-oxide-semiconductor compatible temperature. Appl PhysLett2011; 98 (12) : 123103-1-3；但该方法催化剂的制备需要昂贵的物理气相沉积设备，操作比较复杂，增加了催化剂制备的成本和难度。因此有必要专利技术一种操作简单，低成本制备碳纳米管-多层石墨复合结构的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了寻求成本低廉、操作简单的碳纳米管-多层石墨复合结构的制备方法，提出了。本专利技术的技术方案是，其特征在于，包括如下步骤步骤I :通过溶胶凝胶法配置含铁的前驱溶液，通过旋涂的方法将前驱溶液均匀的涂布在基片上制得含铁的前驱液薄膜并放入恒温箱中烘干；步骤2 :将步骤I中烘干后的含铁的前驱液薄膜放入管式炉中真空退火得到均匀的含铁薄膜；步骤3 :对步骤2中得到的含铁薄膜在一定温度下进行一次还原得到铁催化剂薄膜；步骤4 :碳纳米管-多层石墨复合结构的制备将步骤3中得到的铁催化剂薄膜在一定温度下进行二次还原，升温至适当温度，通入氩气和乙炔组成的混合气体生长一段时间后，关闭氩气的同时通入相同流量的氩气和氢气组成的混合气体，和乙炔继续生长一段时间，从而制得碳纳米管-多层石墨复合结构。上述步骤3和步骤4中进行一次还原和二次还原所通入的混合气体为氩气和氢气组成的混合气体，所述混合气体中氢气的体积百分比为6%。 上述步骤4中，关闭氩气的同时通入相同流量的氩气和氢气组成的混合气体中，氢气的体积百分比为1%到6%之间。本专利技术的有益效果是采用溶胶凝胶法经过简单的退火和热还原处理得到均匀的铁催化剂薄膜，采用热化学气相沉积法，在碳纳米管的生长过程中通过控制氢气的引入，很容易的实现了直接一步合成碳纳米管-多层石墨复合结构的目的，因此方法简单，成本低廉，易于大量制备。附图说明图I为本专利技术的流程示意图。图2(a)和图2(b)为根据实施例I制备的碳纳米管-多层石墨复合结构。图3(a)和图3(b)为根据实施例2制备的碳纳米管-多层石墨复合结构。图4(a)和图4(b)为根据实施例3制备的碳纳米管-多层石墨复合结构。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。如图I所示，，包括如下步骤步骤I :通过溶胶凝胶法配置含铁的前驱溶液，通过旋涂的方法将前驱溶液均匀的涂布在基片上制得含铁的前驱液薄膜并放入恒温箱中烘干。步骤2 :将步骤I中烘干后的含铁的前驱液薄膜放入管式炉中真空退火得到均匀的含铁薄膜；步骤3 :对步骤2中得到的含铁薄膜在一定温度下进行一次还原得到铁催化剂薄膜；步骤4 :碳纳米管-多层石墨复合结构的制备将步骤3中得到的铁催化剂薄膜在一定温度下进行二次还原，升温至适当温度，通入氩气和乙炔组成的混合气体生长一段时间后，关闭氩气的同时通入相同流量的氩气和氢气组成的混合气体，和乙炔继续生长一段时间，从而制得碳纳米管-多层石墨复合结构。上述步骤3和步骤4中进行一次还原和二次还原所通入的混合气体为氩气和氢气组成的混合气体，所述混合气体中氢气的体积百分比6%。上述步骤4中，关闭氩气的同时通入相同流量的氩气和氢气组成的混合气体中，氢气的体积百分比为1%到6%之间。为了进一步的证明上述方法是可以实施的，下面通过具体的实施例对本专利技术做进一步的说明实施例I :，包括如下步骤步骤11.以硝酸铁为铁源，浓度为O. 5mol/L,采用溶胶凝胶法配制含铁的前驱溶液，采用旋涂的方法通过甩胶机的甩胶在基片表面得到均匀分布含铁的前驱液薄膜样品，将含铁的前驱液薄膜样品放入恒温箱中80° C保温12小时烘干。·本步骤中，甩胶机的转速和时间分别设定为5000转/分钟和60秒，基片采用含300nmSi02 层的 Si (001)基片。本步骤中，采用溶胶凝胶法配制含铁的前驱溶液的具体过程是在室温条件下，取IOml正硅酸乙酯和IOml无水乙醇混合得到混合溶液A，加入15ml —定浓度的硝酸铁溶液搅拌均匀后得到混合溶液B，向混合溶液B中加入30微升的氢氟酸，搅拌均匀即制得含铁的前驱溶液。步骤12.退火处理将步骤11中烘干后的含铁的前驱液薄膜样品放入陶瓷舟中，通过送样杆将陶瓷舟推送到管式炉的恒温区，设定退火工艺，整个退火过程在O. IPa的真空环境中进行；退火具体工艺条件由室温经60分钟升温至450°C，保持10小时，然后管式炉自然降温至室温得到均匀的含铁薄膜。步骤13.还原处理通入混合气体(94%氩气和6%氢气)，在常压下对样品进行一次还原。一次还原的具体工艺条件为由室温经60分钟升温至500°C，在500°C保持90分钟，一次还原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基片上制备碳纳米管？多层石墨复合结构的方法,其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过溶胶凝胶法配置含铁的前驱溶液，通过旋涂的方法将前驱溶液均匀的涂布在基片上制得含铁的前驱液薄膜并放入恒温箱中烘干；步骤2：将步骤1中烘干后的含铁的前驱液薄膜放入管式炉中真空退火得到均匀的含铁薄膜；步骤3：对步骤2中得到的含铁薄膜在一定温度下进行一次还原得到铁催化剂薄膜；步骤4：碳纳米管？多层石墨复合结构的制备：将步骤3中得到的铁催化剂薄膜在一定温度下进行二次还原，升温至适当温度，通入氩气和乙炔组成的混合气体生长一段时间后，关闭氩气的同时通入相同流量的氩气和氢气组成的混合气体，和乙炔继续生长一段时间，从而制得碳纳米管？多层石墨复合结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高敏，曾波，刘升华，林媛，黄振龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：