CN102757033B - 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 - Google Patents
一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102757033B CN102757033B CN201210229402.XA CN201210229402A CN102757033B CN 102757033 B CN102757033 B CN 102757033B CN 201210229402 A CN201210229402 A CN 201210229402A CN 102757033 B CN102757033 B CN 102757033B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- preparation
- marker
- probe
- microscope
- 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.)
- Active
Links
Images
Abstract
本发明公开了一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法。包括如下步骤：（1）在置于设有凹槽的基底上的多壁碳纳米管水平阵列中的跨过所述凹槽悬空生长的碳纳米管上负载标记物；（2）将所述悬空生长的碳纳米管的两端均固定于探针上，然后移动所述探针，当监测到两个所述标记物之间的间距变大时，则所述悬空生长的碳纳米管外壁被拉断，继续移动所述探针即得到脱除外壁的碳纳米管；通过显微镜监测所述拉断过程；（3）重复步骤（2）和步骤（3）即可得到特定壁数和直径的碳纳米管。与现有的制备方法相比，该方法可以在光学显微镜下进行，操作简单，可控性强，并且能够实现厘米级以上长度的多壁碳纳米管内层的连续抽出，对于制备特定壁数和直径的碳纳米管具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管的制备方法，具体涉及一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法，属于纳米材料及其制备技术领域。
背景技术
碳纳米管是20世纪90年代发现的一种纳米材料，自从其被发现以来，由于其所具有的优异的电学、力学、热学等方面的性质，引起了众多研究者的研究兴趣。二十年多来，一直是材料领域研究的热点。实现碳纳米管应用的一个重要前提是实现特定结构碳纳米管的选择性制备。碳纳米管根据其壁数的不同可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管（管壁数可以从双壁到数百壁），其管径可以从一纳米以下到上百纳米。随着碳纳米管壁数和直径的不同，其结构和性质也有很大的不同，比如单壁碳纳米管往往具有比较低的缺陷密度，其导电性存在半导体性和金属性之分，而多壁碳纳米管往往趋向于呈现金属性。结构和性质的不同对于碳纳米管的应用会产生很大的影响。
碳纳米管的制备方法包括电弧法、激光烧蚀法和化学气相沉积法，相比于前两种方法，化学气相沉积法具有参数易控、反应温度较低、使用体系广泛、易于放大等优点，在碳纳米管的制备工作中得到了广泛应用。即使如此，要想实现特定结构碳纳米管的精确可控制备依然是一件很困难的事情。
由于多壁碳纳米管的管壁之间是较弱的范德华力，其管壁之间容易出现相对滑移。如果能够通过一定的方法实现多壁碳纳米管的不同管层之间的分离，就可以从一根多壁碳纳米管中抽出具有更小壁数和直径的碳纳米管。这种制备碳纳米管的方法对于构建微纳米电子器件将具有非常广泛的应用前景。虽然在理论上已经预测到碳纳米管管壁之间可以很容易地实现滑移或者剥离，但是到目前为止依然没有一种简单可控的方式以实现这个目标。因此，发展一种简单、有效的手段抽出多壁碳纳米管的内层碳纳米管对于制备具有特定壁数和直径的碳纳米管具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有碳纳米管制备手段的限制，通过一种简单易行的方式实现多壁碳纳米管内层管的可控抽出，并能够实现特定壁数和直径碳纳米管的制备。
本发明所提供的一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：
（1）在置于设有凹槽的基底上的多壁碳纳米管水平阵列中的跨过所述凹槽悬空生长的碳纳米管上负载标记物；
（2）将所述悬空生长的碳纳米管的两端均固定于探针上，然后移动所述探针，当监测到两个所述标记物之间的间距变大时，则所述悬空生长的碳纳米管外壁被拉断，继续移动所述探针即得到脱除外壁的碳纳米管；通过显微镜监测所述拉断过程；
（3）重复步骤（2）和步骤（3）即可得到特定壁数和直径的碳纳米管。
上述的制备方法中，所述基底具体可为硅、二氧化硅、石英、蓝宝石和刚玉中至少一种；
所述凹槽的长度、宽度和深度均可为50nm~10cm，具体可为8mm、1mm和0.5mm或5mm、0.5mm和0.3mm。
上述的制备方法中，所述碳纳米管水平阵列的长度可为1mm~1000mm，具体可为50mm~100mm、50mm或100mm，碳纳米管的数目可为从1根到一亿根。
上述的制备方法中，所用的标记物具体可为氧化钛、氧化硅、氧化锡、氧化钒、氧化锆、氧化铋、氧化铌、氧化锌和氧化银中至少一种。
上述的制备方法中，所述标记物可为颗粒状，其粒径可为10nm~10μm，具体可为50nm~500nm。
上述的制备方法中，将所述标记物的前驱体通过化学气相沉积法或物理沉积法在所述悬空生长的碳纳米管上生长所述标记物；
所述标记物的前驱体可为所述标记物中金属元素的卤化物、氢氧化物或氮化物。
上述的制备方法中，所述显微镜具体可为光学显微镜、扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜或原子力显微镜；将所述探针的一端通过静电力、沉积无定形碳、使用粘合剂、利用两个物体的夹持力等众多方式中的一种或多种固定在悬空的碳纳米管上。
本发明提供的一种从多壁碳纳米管中抽出内层以制备具有特定管壁数和直径碳纳米管的方法，是指上述碳纳米管的内层可以完全或部分被抽出，抽出的内层碳纳米管可以被固定在两个探针之间，通过两个探针发生相对位移使内层碳纳米管从外到内的不同管壁被依次拉断，从而可以将具有更少壁数的内层碳纳米管被抽出。与现有的制备方法相比，该方法可以在光学显微镜下进行，操作简单，可控性强，并且能够实现厘米级以上长度的多壁碳纳米管内层的连续抽出，对于制备特定壁数和直径的碳纳米管具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例1和实施例2所用到的基底以及基底上的碳纳米管水平阵列。
图2是本发明实施例1中在扫描电镜下用探针对碳纳米管进行拨动的照片。
图3是本发明实施例1中从一根双壁碳纳米管中抽出内层以制备单壁碳纳米管的示意图及透射电子显微镜照片。
图4是本发明实施例1中用探针将碳纳米管的内层管抽出的照片。
图5是本发明实施例2中在光学显微镜下用探针对碳纳米管进行拨动的照片。
图6是本发明实施例1和实施例2所制备出的几种不同壁数和直径的碳纳米管的透射电镜照片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、在扫描电子显微镜下利用探针对碳纳米管进行拨动并拉出内层制备不同管壁和管径的碳纳米管
先在如图1所示的硅片上利用化学气相沉积法制备出长度为10cm的碳纳米管水平阵列；该碳纳米管水平阵列会跨过硅片上的凹槽悬空生长，其中，该凹槽的长度为8mm，宽度为1mm，深度为0.5mm；利用化学气相沉积法在悬空的碳纳米管上负载上许多二氧化钛颗粒，其粒径为50nm~500nm，化学气相沉积法的具体过程为：将四氯化钛蒸气与上述碳纳米管阵列进行接触，四氯化钛蒸气即可进行分解，原位生成二氧化钛颗粒，负载在悬空的碳纳米管上。
将上述制备好的碳纳米管放置在扫描电子显微镜中，利用二氧化钛的标记作用，将探针与悬空的碳纳米管进行接触，如图2所示，然后利用电子束轰击的方式将悬空的碳纳米管的两端与探针进行固定。向左移动探针，使碳纳米管被拉伸。当看到被拉伸的碳纳米管上的两个颗粒之间的间距突然变大时，说明碳纳米管的外层被拉断。继续移动探针，此时碳纳米管的内层管就会被抽出。抽出的碳纳米管由于直径变小，再加上没有了二氧化钛颗粒的标记作用，在电镜下会变得相对模糊，如图4所示。继续拉动碳纳米管的内层管，直至其被完全抽出或从某一个地方发生断裂。然后将抽出的碳纳米管内层管转移到目标基底上。
图3为本实施例中从一根双壁碳纳米管中抽出内层以制备单壁碳纳米管的示意图及透射电子显微镜照片。
图6为本实施例得到的几种不同管壁数和管径的碳纳米管的透射电镜照片。
实施例2、在光学显微镜下利用探针对碳纳米管进行拨动并拉出内层制备不同管壁和管径的碳纳米管
同实施例1，先在类似与图1所示的硅片上制备出长度为5cm的碳纳米管水平阵列；该碳纳米管水平阵列会跨过硅片上的凹槽悬空生长，其中，该凹槽的长度为5mm，宽度为0.5mm，深度为0.3mm；利用化学气相沉积法在悬空的碳纳米管上负载上许多二氧化钛颗粒，其粒径为50nm~500nm，化学气相沉积法的具体过程为：通过四氯化钛原位分解的方式在悬空的碳纳米管上负载二氧化钛颗粒。
将上述制备好的碳纳米管放置在光学显微镜下，利用二氧化钛的标记作用，将探针与悬空的碳纳米管接触上，如图5所示，这里所用的将探针与悬空碳纳米管进行固定的方式是在探针上涂抹一定的粘合剂（常规的银导电胶）。然后向上移动探针，使碳纳米管被拉伸。当看到被拉伸的碳纳米管上的两个颗粒之间的间距突然变大时，说明碳纳米管的外层被拉断。继续移动探针，此时碳纳米管的内层管就会被抽出。虽然在光学显微镜下看不到被抽出的碳纳米管的内层管，但由于被抽出的碳纳米管内层管一直处于绷紧的状态，其外层管上负载的二氧化钛颗粒将一直处于绷紧的状态，当碳纳米管内层管被完全抽出或者拔端时，其外层管就会与其发生脱落，上面的二氧化钛颗粒也就会掉在凹槽中而看不到。根据是否能够看到二氧化钛颗粒就可以判断碳纳米管的内层是否完全被抽出。最后将抽出的碳纳米管内层管转移目标基底上。
图6为本实施例得到的几种不同管壁数和管径的碳纳米管的透射电镜照片。
Claims (7)
1.一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：
（1）在置于设有凹槽的基底上的多壁碳纳米管水平阵列中的跨过所述凹槽悬空生长的碳纳米管上负载标记物；
（2）将所述悬空生长的碳纳米管的两端均固定于探针上，然后移动所述探针，当监测到两个所述标记物之间的间距变大时，则所述悬空生长的碳纳米管外壁被拉断，继续移动所述探针即得到脱除外壁的碳纳米管；通过显微镜监测所述拉断过程；
（3）重复步骤（1）和步骤（2）即可得到特定壁数和直径的碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基底为硅、二氧化硅、石英、蓝宝石和刚玉中至少一种；
所述凹槽的长度、宽度和深度均为50nm～10cm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管水平阵列的长度为1mm～1000mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所用的标记物为氧化钛、氧化硅、氧化锡、氧化钒、氧化锆、氧化铋、氧化铌、氧化锌和氧化银中至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述标记物为颗粒状，其粒径为10nm～10μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将所述标记物的前驱体通过化学气相沉积法或物理沉积法在所述悬空生长的碳纳米管上生长所述标记物；
所述标记物的前驱体为所述标记物中金属元素的卤化物、氢氧化物或氮化物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述显微镜为光学显微镜、扫描电子显微镜、扫描透射电子显微镜或原子力显微镜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210229402.XA CN102757033B (zh) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210229402.XA CN102757033B (zh) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102757033A CN102757033A (zh) | 2012-10-31 |
| CN102757033B true CN102757033B (zh) | 2014-01-29 |
Family
ID=47051723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210229402.XA Active CN102757033B (zh) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102757033B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106629588B (zh) * | 2016-11-22 | 2019-04-26 | 哈尔滨理工大学 | 一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的方法 |
| CN107101760B (zh) * | 2017-04-26 | 2019-10-11 | 清华大学 | 一种精密扭秤的制备方法、精密扭秤及使用方法 |
| CN109399612B (zh) * | 2018-10-30 | 2020-08-21 | 国家纳米科学中心 | 一种悬空碳纳米管阵列及其制备方法 |
| CN113023711B (zh) * | 2019-12-24 | 2022-10-18 | 清华大学 | 碳纳米管束的制备方法 |
| CN115709984B (zh) * | 2021-08-23 | 2024-04-05 | 北京大学 | 一种表面洁净碳纳米管的制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1159217C (zh) * | 2002-04-17 | 2004-07-28 | 中山大学 | 可控生长具有一定直径和分布密度的碳纳米管的方法 |
| CN1212189C (zh) * | 2003-07-08 | 2005-07-27 | 浙江大学 | 双金属氧化物催化剂及其用于制备直径可控的单壁纳米碳管的方法 |
| JP4517071B2 (ja) * | 2004-08-12 | 2010-08-04 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ナノサイズ材料の設置方法 |
| CN100522804C (zh) * | 2005-10-18 | 2009-08-05 | 南开大学 | 一种电弧法合成可控单壁碳纳米管的方法 |
-
2012
- 2012-07-03 CN CN201210229402.XA patent/CN102757033B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102757033A (zh) | 2012-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102757033B (zh) | 一种特定壁数和直径的碳纳米管的制备方法 | |
| He et al. | Vertical nanostructure arrays by plasma etching for applications in biology, energy, and electronics | |
| Schneider et al. | Wedging transfer of nanostructures | |
| CN101284662B (zh) | 碳纳米管薄膜的制备方法 | |
| CN100497168C (zh) | 使用光偶极阱拣选单壁碳纳米管 | |
| Tapasztó et al. | Diameter and morphology dependence on experimental conditions of carbon nanotube arrays grown by spray pyrolysis | |
| WO2009085772A3 (en) | Laser-assisted nanomaterial deposition, nanomanufacturing, in situ monitoring and associated apparatus | |
| EP1557843A3 (en) | Directed growth of nanotubes on a catalyst | |
| CN102092703A (zh) | 碳纳米管结构的制备方法 | |
| CN101676452B (zh) | 碳纳米管纱的制备方法 | |
| CN104036878A (zh) | 一种石墨烯和碳纳米管三维结构材料的制备方法 | |
| Hunley et al. | Crystallographically aligned carbon nanotubes grown on few-layer graphene films | |
| Reich et al. | Formation of cristobalite nanofibers during explosive volcanic eruptions | |
| Macdonald et al. | Functionalization of vertically aligned carbon nanotubes with polystyrene via surface initiated reversible addition fragmentation chain transfer polymerization | |
| Islam et al. | An ex-situ method to convert vertically aligned carbon nanotubes array to horizontally aligned carbon nanotubes mat | |
| Lim et al. | Nanomanipulator-assisted fabrication and characterization of carbon nanotubes inside scanning electron microscope | |
| Wu et al. | Fabrication and characterization of well-aligned and ultra-sharp silicon nanotip array | |
| Lazzeri et al. | Carbon-based nanoscience | |
| Dai et al. | Sn-catalyst growth and optical waveguide of ultralong CdS nanowires | |
| CN101200291A (zh) | 一种制备半导体性单壁碳纳米管的方法 | |
| CN102452646B (zh) | 亲水性碳纳米管膜的制备方法 | |
| Park et al. | Formation of graphite nanocones using metal nanoparticles as plasma etching masks | |
| Cook et al. | MEMS process compatibility of multiwall carbon nanotubes | |
| CN115709984B (zh) | 一种表面洁净碳纳米管的制备方法 | |
| Xu et al. | Two-dimensional growth and field emission properties of ZnO microtowers |
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 |