CN101298315A - 制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法 - Google Patents

制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101298315A
CN101298315A CNA2008100564210A CN200810056421A CN101298315A CN 101298315 A CN101298315 A CN 101298315A CN A2008100564210 A CNA2008100564210 A CN A2008100564210A CN 200810056421 A CN200810056421 A CN 200810056421A CN 101298315 A CN101298315 A CN 101298315A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cnt
electrode
beam array
overhanging beam
organic solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008100564210A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101298315B (zh
Inventor
范鹏宇
陈曦
郭奥
傅云义
黄如
张兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN2008100564210A priority Critical patent/CN101298315B/zh
Publication of CN101298315A publication Critical patent/CN101298315A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101298315B publication Critical patent/CN101298315B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,该方法包括:制备一对或一对以上电极,电极的阴极和阳极交错分布;将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在上述电极之上;在电极上施加交流电或直流电后,碳纳米管垂直于上述电极边沿平行排布;待有机溶液蒸发后,将上述电极边沿的碳纳米管切断,形成由碳纳米管组成的悬壁梁阵列。本发明利用碳纳米管自组装技术可以克服光刻技的限制,可获得大规模的悬壁梁阵列而且可控;同时,由于直接利用碳纳米管,可利用其优异的物理特性,将声、电、光、磁等引入悬壁梁体系以实现新颖的纳米机电器件。

Description

制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法
技术领域
本发明是关于纳米尺度悬壁梁的制备方法,具体地说,是关于碳纳米管悬壁梁阵列的制备方法。
背景技术
悬壁梁结构是微机电***中常见的一种结构,多数是由硅、氮化硅或聚合物制成的,通常利用微加工技术来制备。悬壁梁结构用途广泛,可用于构建原子力显微镜、用于医疗诊断的生物传感器[H.P.Lang等,Materials Today,4,30(2005)]。但由于微加工技术,很难获得100nm以下的悬壁梁,且限于材料本身,悬壁梁结构多数只能利用材料的力学性能来工作,很难将声、电、光、磁等引入悬壁梁的体系。
碳纳米管因其独特的分子结构,具有优异的力学、热学、电学、磁学等性质,可望成为微机电***的重要材料。利用碳纳米管研制了超灵敏的气体、压力或流体等传感器、发电机和电动机等装置。最近有人从理论上研究了悬壁梁结构可用作振荡器和具有开关功能的纳米机电***[C.H.Ke等,Apply Physics Letters,85,681(2004);H.Jiang等Physical ReviewLetters,93,185501-1(2004);Zhao Wang等,Physical Review B 75,205414(2007)],但至今为止,尚无利用碳纳米管可控制备大规模的悬壁梁阵列的成功例子。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足,提供了一种用碳纳米管制备大规模悬壁梁阵列的方法,一方面可大幅度减小悬壁梁的尺寸,另一方面可利用碳纳米管的物理特性,将声、电、光、磁等引入悬壁梁体系以实现新颖的纳米机电器件。
本发明的技术方案是:
一种制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其步骤包括:
1)制备一对或一对以上电极,电极的阴极和阳极交错分布;
2)将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在上述电极之上;
3)上述电极施加交流电或直流电后,碳纳米管垂直于上述电极边沿平行排布;
4)待有机溶液蒸发后,将上述电极边沿的碳纳米管切断,形成由上述碳纳米管组成的悬壁梁阵列。
所述电极的阴极和阳极之间的距离为2~10μm。
所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管聚集而成的管束。
所述有机溶剂为乙醇、丙酮、正己烷、异丙醇、N,N2二甲基甲酰胺或1,2-二氯乙烷。
所述步骤2)进一步包括:将含有碳纳米管的有机溶液进行超声,充分分散有机溶剂中的碳纳米管。
所述步骤2)中,将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在电极之上的具体方式是,将含有碳纳米管的有机溶液滴于电极之上,或将电极浸没于上述含有碳纳米管的有机溶液中。
所述步骤3)中,电极施加交流电,具体施加的交流电的参数范围为VPP=1-20V,频率1-10MHZ。
所述步骤4)中,将上述电极边沿的碳纳米管切断的具体方式是,采用聚焦离子束切断碳纳米管,聚焦离子束的能量30keV,束流可为:1pA,10pA,30pA或100pA。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
一方面可大幅度减小悬壁梁的尺寸。通常悬壁梁制备方法主要使用光刻技术,由于受光波长的限制很难获得纳米尺度的悬壁梁结构,利用碳纳米管自组装技术可以克服光刻技的限制,可获得大规模的悬壁梁阵列而且可控;另一方面,由于直接利用碳纳米管,可利用其优异的物理特性,可以将声、电、光、磁等引入悬壁梁体系以实现新颖的纳米机电器件。现在市场上流行的悬壁梁结构的材料多数是由硅、氮化硅或聚合物,悬壁梁结构多数只利用材料的力学性能来设计或工作,很难将声、电、光、磁等引入悬壁梁的体系,而碳纳米管因其独特的分子结构,除了优异的力学性能外、还有优异的热学、电学、磁学等方面的特性,因而有可能利用碳纳米管的物理特性来构建全新概念的的机电***或器件。
附图说明
图1为本发明制备碳纳米管悬壁梁阵列的试验装置示意图;
图2为金属电极边沿上近似平行排列的碳纳米管;
图3为经过聚焦离子束切断所获得的若干根碳纳米管悬壁梁;
图4为经过聚焦离子束切断所获得的一排碳纳米管悬壁梁阵列。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
1、电极设计与制备。为制备碳纳米管悬壁梁,需要预先利用电场获得平行排列的碳纳米管。为此设计叉指状电极,即含两对或两对以上阴极和阳极交错分布的矩形电极,见附图1。其中相邻电极的间距为20μm;电极1材料为Ti/Au双层金属(其中下层金属Ti的厚度:10nm;上层金属Au的厚度:100nm);支撑电极的衬底2为二氧化硅。制备金属电极利用光刻和剥离工艺,其过程是:甩胶光刻,曝光、显影;然后溅射沉积金属,去胶,即可获得金属电极;二氧化硅在扩散炉中在湿氧环境下生长,厚度为300nm。
2、将含有单壁碳纳米管的有机溶液进行超声(2小时),使溶剂(N,N2二甲基甲酰胺)中的碳纳米管充分分散;在排列碳纳米管之前将含有碳纳米管的有机溶液滴于上述电极1之上。
3、迅速接通交流电源3,利用交流电泳力将碳纳米管沿电场方向排布,施加的交流电的参数范围为VPP=15V,频率8MHZ。由于在电极1边沿的电场强度较高,碳纳米管可在垂直于电极1边沿平行分布,待有机溶剂蒸发,在金属电极1边沿附近的多根单壁碳纳米管会成较粗大的管束;在范德瓦尔斯力作用下,单束碳纳米管的一端会与绝缘衬底2黏附、而另外一端与电极1黏附,由于电极1本身有高度(110nm),使得边沿附近的碳纳米管离开衬底2而悬空,如附图2所示。
4、利用聚焦离子束切断上述电极1边沿附近的碳纳米管束,切断碳纳米管的聚焦离子束的能量30keV、束流为30pA。电极1边沿附近悬空的碳纳米管与电极1黏连的一端,因范德瓦尔斯力作用仍然与电极一相连(固定该端的碳纳米管),而另外一端因聚焦离子束切断、且受碳纳米管弹性力的作用下离开衬底,从而形成悬壁梁。可按需求制备单根、两根碳纳米管悬壁梁或由多根碳纳米管组成的一排悬壁梁阵列,如附图3和4所示。
以上通过详细实施例描述了本发明所提供的方法,本领域的技术人员应当理解,在不脱离本发明实质的范围内,可以对本发明做一定的变形或修改;其制备方法也不限于实施例中所公开的内容。

Claims (8)

1、一种制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其步骤包括:
1)制备一对或一对以上电极,电极的阴极和阳极交错分布;
2)将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在上述电极之上;
3)上述电极施加交流电或直流电后,碳纳米管垂直于上述电极边沿平行排布;
4)待有机溶液蒸发后,将上述电极边沿的碳纳米管切断,形成由上述碳纳米管组成的悬壁梁阵列。
2、如权利要求1所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述电极的阴极和阳极之间的距离为2~10μm。
3、如权利要求1或2所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管聚集而成的管束。
4、如权利要求1所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述有机溶剂为乙醇、丙酮、正己烷、异丙醇、N,N2二甲基甲酰胺或1,2-二氯乙烷。
5、如权利要求1或4所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述步骤2)进一步包括:将含有碳纳米管的有机溶液进行超声,充分分散有机溶剂中的碳纳米管。
6、如权利要求1所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述步骤2)中,将含有碳纳米管的有机溶液覆盖在电极之上的具体方式是,将含有碳纳米管的有机溶液滴于电极之上,或将电极浸没于上述含有碳纳米管的有机溶液中。
7、如权利要求1所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述步骤3)中,电极施加交流电,具体施加的交流电的参数范围为VPP=1-20V,频率1-10MHZ。
8、如权利要求1所述的所述制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法,其特征在于,所述步骤4)中,将上述电极边沿的碳纳米管切断的具体方式是,采用聚焦离子束切断碳纳米管,聚焦离子束的能量30keV,束流可为:1pA,10pA,30pA或100pA。
CN2008100564210A 2008-01-18 2008-01-18 制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法 Active CN101298315B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100564210A CN101298315B (zh) 2008-01-18 2008-01-18 制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008100564210A CN101298315B (zh) 2008-01-18 2008-01-18 制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101298315A true CN101298315A (zh) 2008-11-05
CN101298315B CN101298315B (zh) 2012-05-30

Family

ID=40078302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008100564210A Active CN101298315B (zh) 2008-01-18 2008-01-18 制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101298315B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101704503A (zh) * 2009-04-30 2010-05-12 中国计量学院 一种一维纳米材料接枝可控合成的新方法
US20110158894A1 (en) * 2009-12-28 2011-06-30 Korea University Research And Business Foundation Method and device for cnt length control
CN102241390A (zh) * 2011-04-27 2011-11-16 北京大学 一种制备悬浮纳米结构的方法
CN107083556A (zh) * 2017-04-22 2017-08-22 富吉纯 水的电分解用电极及该电极的制造方法
CN110683508A (zh) * 2019-10-18 2020-01-14 北京元芯碳基集成电路研究院 一种碳纳米管平行阵列的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1715181A (zh) * 2004-06-30 2006-01-04 北京大学 控制碳纳米管取向排列、分布及密度的方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101704503A (zh) * 2009-04-30 2010-05-12 中国计量学院 一种一维纳米材料接枝可控合成的新方法
CN101704503B (zh) * 2009-04-30 2015-11-25 中国计量学院 一种一维纳米材料接枝可控合成的方法
US20110158894A1 (en) * 2009-12-28 2011-06-30 Korea University Research And Business Foundation Method and device for cnt length control
US9126836B2 (en) * 2009-12-28 2015-09-08 Korea University Research And Business Foundation Method and device for CNT length control
US10077191B2 (en) 2009-12-28 2018-09-18 Korea University Research And Business Foundation Devices for carbon nanotube length control
CN102241390A (zh) * 2011-04-27 2011-11-16 北京大学 一种制备悬浮纳米结构的方法
CN102241390B (zh) * 2011-04-27 2013-11-06 北京大学 一种制备悬浮纳米结构的方法
CN107083556A (zh) * 2017-04-22 2017-08-22 富吉纯 水的电分解用电极及该电极的制造方法
CN107083556B (zh) * 2017-04-22 2019-01-01 富吉一纯 水的电分解用电极及该电极的制造方法
CN110683508A (zh) * 2019-10-18 2020-01-14 北京元芯碳基集成电路研究院 一种碳纳米管平行阵列的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101298315B (zh) 2012-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zheng et al. Review of vertical graphene and its applications
TWI277376B (en) Methods for assembly and sorting of nanostructure-containing materials and related articles
CN101298315B (zh) 制备碳纳米管悬壁梁阵列的方法
Parvez et al. Electrochemically exfoliated graphene as solution-processable, highly conductive electrodes for organic electronics
Nakao et al. Transfer-printing of highly aligned DNA nanowires
US20170291817A1 (en) Purification of Carbon Nanotubes Via Selective Heating
US9018616B2 (en) Rectifying antenna device with nanostructure diode
CN101774528B (zh) 具有跨尺度仿生微纳米分支结构阵列及其制备方法
Jeong et al. Preparation of aligned carbon nanotubes with prescribed dimensions: template synthesis and sonication cutting approach
JP2010053033A (ja) カーボンナノチューブ/ポリマー複合材料の製造方法
Ye et al. Electrochemical modification of vertically aligned carbon nanotube arrays
JP2008239369A (ja) カーボンナノウォール(cnw)の精製方法、精製されたカーボンナノウォール、燃料電池用触媒層の製造方法、燃料電池用触媒層、及び固体高分子型燃料電池
Lin et al. Detecting the liquid–solid contact electrification charges in a liquid environment
CN103922311A (zh) 一种高取向高致密化碳纳米管膜及其制备方法
JP5111324B2 (ja) カーボンナノチューブ配向膜の作製法
Park et al. Vertically aligned carbon nanotube electrodes directly grown on a glassy carbon electrode
Yan et al. Fabrication of three-dimensional ZnO− Carbon Nanotube (CNT) hybrids using self-assembled CNT micropatterns as framework
Kim et al. Electrosprayed Thylakoid–Alginate Film on a Micro-Pillar Electrode for Scalable Photosynthetic Energy Harvesting
Thi et al. Ion-incorporative, degradable nanocellulose crystal substrate for sustainable carbon-based electronics
Lei et al. Large-scale ordered carbon nanotube arrays initiated from highly ordered catalyst arrays on silicon substrates
US8137521B2 (en) Carbon nanotube sheet
Constantopoulos et al. Carbon nanotubes anchored to silicon for device fabrication
Al-Haik et al. Hybrid carbon fibers/carbon nanotubes structures for next generation polymeric composites
CN104681418A (zh) 一种纳米级微结构的制备方法
Gennett et al. Formation of single-wall carbon nanotube superbundles

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: PEKING UNIVERSITY

Effective date: 20120801

Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHA

Free format text: FORMER OWNER: PEKING UNIVERSITY

Effective date: 20120801

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100871 HAIDIAN, BEIJING TO: 201203 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20120801

Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18

Co-patentee after: Peking University

Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation

Address before: 100871 Beijing the Summer Palace Road, Haidian District, No. 5

Patentee before: Peking University