專利名稱：一種無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單壁納米碳管的制備技術(shù)，具體為一種不使用任何金屬催化劑，以 離子濺射方法制備的二氧化硅(SiO2)薄膜為催化劑前驅(qū)體，在有熱氧化層的硅襯底等任 意形狀(一維、二維、三維)的耐高溫塊體材料表面高效生長高質(zhì)量單壁納米碳管的方 法，適用于高效制備不含有任何金屬雜質(zhì)污染的高質(zhì)量單壁納米碳管樣品。
背景技術(shù)：
單壁納米碳管是一維納米材料的典型代表，其優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和力學(xué) 性質(zhì)，使得它在納電子器件、光電子器件、傳感器、催化劑載體、復(fù)合材料以及藥物輸 運和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都存在廣闊的應(yīng)用前景。自納米碳管發(fā)現(xiàn)以來，其理論研究和應(yīng)用 探索一直以來都是國內(nèi)外物理化學(xué)界和材料學(xué)界的前沿和熱點課題。其中，單壁納米碳 管的制備研究是對其物性研究和應(yīng)用探索的前提和基礎(chǔ)。經(jīng)過各國科學(xué)家多年的努力，目前在單壁納米碳管的制備方面已取得了多項成 果，如利用鐵、鈷、鎳等過渡金屬催化劑，人們已經(jīng)成功實現(xiàn)了單壁、雙壁、多壁納米 碳管及其陣列、薄膜、定向繩等宏觀體的制備，并且已基本實現(xiàn)硅襯底表面上單壁納米 碳管的定位生長、定向生長和圖案化生長等。這些成果極大推動了納米碳管的研究進 展，但是目前在納米碳管的制備方面仍然存在許多的困難和挑戰(zhàn)。比如，目前幾乎所有 制備單壁納米碳管的方法都要使用金屬催化劑，而殘留在單壁納米碳管中的金屬雜質(zhì)會 極大地影響單壁納米碳管在諸多領(lǐng)域的實際應(yīng)用(如納電子器件、光電子器件、催化劑 載體、生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等)。已經(jīng)發(fā)展起來的提純方法，不但不能徹底去除單壁納米碳管 中的金屬催化劑雜質(zhì)，而且這些后處理過程會不可避免地對單壁納米碳管的結(jié)構(gòu)造成破 壞，降低其質(zhì)量。因此，單壁納米碳管中殘留的金屬雜質(zhì)在一定程度上阻礙了人們對其 本征結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，同時對其在很多領(lǐng)域的實際應(yīng)用造成了極大的障礙。根據(jù)納米 碳管的生長過程，如果在制備過程中不使用金屬物質(zhì)作為催化劑，那么將會得到不含有 任何金屬雜質(zhì)的單壁納米碳管樣品。這種不含有任何金屬雜質(zhì)的單壁納米碳管，對基于 單壁納米碳管的納電子器件、光電子器件、催化劑載體、生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有巨 大的潛在優(yōu)勢和吸引力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高質(zhì)量、不含有任何金屬雜質(zhì)的單壁納米碳管的高 效制備方法，它是無金屬催化劑生長單壁納米碳管的方法。該方法具有成本低、操作簡 單、重復(fù)性好、可定位生長和可圖案化生長等優(yōu)點。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，該方法以離子濺射方法制備 的二氧化硅(SiO2)薄膜為催化劑前驅(qū)體，以硅、二氧化硅、二氧化硅/硅(“二氧化硅 /硅”指表面有二氧化硅熱氧化層的硅基底)、氧化鋁、石英、碳化硅等的平面體、球面體或任意形狀(一維、二維、三維)的耐高溫塊體材料為襯底，在高溫下通過碳源的裂解 制備單壁納米碳管。具體步驟如下首先，通過 還原處理在襯底表面形成SiO2催化劑納米顆粒；然后，在高溫下 通入碳源和載氣，碳源分解釋放出的碳活性物種吸附在SiO2催化劑納米顆粒表面，并在 SiO2催化劑納米顆粒的輔助下成核，最終形成單壁納米碳管。本發(fā)明中，SiO2催化劑薄膜厚度為5 lOOnm，優(yōu)選范圍為30 IOOnm ；本發(fā)明中，碳源為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、環(huán)己烷等碳氫化合物 以及乙醇、甲醇、丙酮或一氧化碳等之一種或兩種以上，碳源流速為1 1000毫升/分 鐘，優(yōu)選范圍為5 500毫升/分鐘。本發(fā)明中，載氣為氫氣；或者，載氣為氫氣與氬氣或氦氣等惰性氣體的混合氣 (其中氫氣體積比21/10)，載氣流速為1 2000毫升/分鐘，優(yōu)選范圍為20 800毫升
/分鐘。本發(fā)明中反應(yīng)溫度為600 1100°C，優(yōu)選范圍為650 950°C。采用本發(fā)明獲得的單壁納米碳管的直徑為0.8 2nm。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明提出采用二氧化硅(SiO2)薄膜為催化劑前驅(qū)體，不使用任何金屬催化 劑制備高質(zhì)量單壁納米碳管，產(chǎn)物中無任何金屬雜質(zhì)污染物。2、本發(fā)明采用的二氧化硅(SiO2)催化劑不具有催化裂解碳源的能力，因此可極 大地減慢單壁納米碳管的生長速率，進而可通過精確控制反應(yīng)時間來實現(xiàn)對單壁納米碳 管長度的控制和短單壁納米碳管的制備，適于可控制備具有不同長度、最短可達 20nm 的單壁納米碳管。3、本發(fā)明方法簡單、高效、重復(fù)性好、成本低。4、本發(fā)明可實現(xiàn)單壁納米碳管在硅襯底表面的定位生長、圖案化生長和集成， 為其在納電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
圖1為無金屬催化劑制備單壁納米碳管的反應(yīng)裝置示意圖。圖中，1氣體入口； 2表面濺射有二氧化硅(SiO2)薄膜的耐高溫塊體材料；3熱電偶；4氣體出口。圖2為產(chǎn)物單壁納米碳管的表征。其中，(a)為掃描電子顯微鏡照片；(b)為原 子力顯微鏡照片；(c)為共振激光拉曼光譜；(d)為高分辨透射電鏡照片。圖3為產(chǎn)物表面的X-射線光電子能譜表征。其中，(a)為全譜；(b)為Fe元 素的高分辨X-射線光電子能譜；(c)為Co元素的高分辨X-射線光電子能譜；(d)為Ni 元素的高分辨X-射線光電子能譜。深色譜線來自樣品表面，淺色譜線為樣品經(jīng)過離子濺 射之后再采集的譜圖。圖4為以二氧化硅(SiO2)為催化劑的單壁納米碳管的生長速度曲線。圖5為以二氧化硅(SiO2)為催化劑制備的短單壁納米碳管的原子力顯微鏡照 片。其中，(a)生長時間為20秒，(b)生長時間為40秒，(c)生長時間為60秒。(a)、 (b)、(c)圖右側(cè)分別對應(yīng)的圖為相應(yīng)生長時間下單壁納米碳管的長度統(tǒng)計分布圖。圖6為單壁納米碳管的定位生長和圖案化生長(使用條帶狀硅片作為鍍SiO2薄膜 時的擋板)。其中，(a)為低倍掃描電子顯微鏡照片；(b)為高倍掃描電子顯微鏡照片。圖中，左側(cè)亮區(qū)為鍍有SiO2薄膜的區(qū)域，在該區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)有生長的單壁納米碳管；右 側(cè)暗區(qū)為未鍍有SiO2薄膜的區(qū)域，在該區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)任何單壁納米碳管。圖7為單壁納米碳管的定位生長和圖案化生長(使用透射電鏡用Cu微柵作為鍍 SiO2薄膜時的擋板)。其中，(a)為低倍掃描電子顯微鏡照片；(b)為高倍掃描電子顯微 鏡照片。圖中，微柵的每個鏤空處為鍍有SiO2薄膜的區(qū)域，在該區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)有生長的 單壁納米碳管(亮區(qū))；微柵骨架覆蓋處沒有SiO2薄膜，在該區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)任何單壁納米 碳管(暗區(qū))。圖8為以二氧化硅(SiO2)為催化劑，短單壁納米碳管的圖案化生長和定位生 長。其中，(a)為鍍SiO2薄膜時所使用的鎢(W)微柵的示意圖，(b)為圖案化生長和定 位生長的短單壁納米碳管的掃描電子顯微 鏡照片，(c)為b圖中實線矩形區(qū)的原子力顯微 鏡照片，(d)為b圖中虛線矩形區(qū)的原子力顯微鏡照片。
具體實施例方式下面通過實施例和附圖進一步詳述本發(fā)明。實施例1如圖1所示，本發(fā)明裝置采用水平式反應(yīng)爐，水平式反應(yīng)爐兩端分別設(shè)有氣體 入口 1和氣體出口 4，表面濺射有二氧化硅(SiO2)薄膜的耐高溫塊體材料2置于水平式反 應(yīng)爐高溫區(qū)，熱電偶3伸入水平式反應(yīng)爐的高溫區(qū)，以實時監(jiān)控反應(yīng)溫度。首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為30nm)放 置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2 薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至900°c (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫 升/分鐘和500毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為40°C /分鐘)；待爐溫升至90(TC后， 通入甲烷和氫氣的混合氣體(氣體流速分別為甲烷500毫升/分鐘和氫氣500毫升/分 鐘)，開始生長單壁納米碳管，生長時間為20分鐘。本實施例中，單壁納米碳管的直徑 為0.8 2nm，平均長度約為10 μ m。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、共振激光拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡 觀察表明，樣品為致密的單壁納米碳管網(wǎng)絡(luò)，表面干凈，質(zhì)量高，其中單壁納米碳管的 密度大于100根/μ m2。實施例2裝置如附圖1。首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為IOOnm) 放置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將 SiO2薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至900°C (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為 200毫升/分鐘和500毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為40°C /分鐘)；待爐溫升至900°C 后，通入甲烷和氫氣的混合氣體(氣體流速分別為甲烷500毫升/分鐘和氫氣500毫升/ 分鐘)，開始生長單壁納米碳管，生長時間為20分鐘。本實施例中，單壁納米碳管的直 徑為0.8 2nm，平均長度約為10 μ m。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和共振激光拉曼光譜觀察表明，樣品為致密的 單壁納米碳管網(wǎng)絡(luò)，其中單壁納米碳管的密度約為100根/μ m2。
實施例3裝置如附圖1。首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為30nm)放 置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2 薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至650°c (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫 升/分鐘和200毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為30°C /分鐘)；待爐溫升至650°C后，通 過氬氣鼓泡的方式帶入乙醇(其中，氬氣的流速為50毫升/分鐘，乙醇放置于0°C的孟氏 洗瓶中)，同時通入氫氣(氣體流速為500毫升/分鐘)，開始生長單壁納米碳管，生長 時間為20分鐘。本實施例中，單壁納米碳管的直徑為0.8 2nm，平均長度約為8 μ m。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、共振激光拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡 觀察表明，樣品為致密的單壁納米碳管網(wǎng)絡(luò)，樣品表面很干凈，質(zhì)量很高，其中單壁納 米碳管的密度大于100根/ μ m2。實施例4裝置如附圖1。首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為30nm)放 置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2 薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至700°c (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫 升/分鐘和200毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為30°C /分鐘)；待爐溫升至70(TC后，通 過氬氣鼓泡的方式帶入乙醇和甲醇的混合碳源(其中，氬氣流速為50毫升/分鐘，乙醇 和甲醇放置于0°C的孟氏洗瓶中，體積比為10 1)，同時通入氫氣(氣體流速為500毫 升/分鐘)，開始生長單壁納米碳管，生長時間為20分鐘。本實施例中，單壁納米碳管 的直徑為0.8 2nm，平均長度約為9 μ m。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、共振激光拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡 觀察表明，樣品為致密的單壁納米碳管網(wǎng)絡(luò)，樣品表面非常干凈，其中單壁納米碳管的 密度約為80根/μ m2。實施例5裝置如附圖1。首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的石英球(SiO2薄膜的厚度為30nm)放 置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2 薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至900°c (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫 升/分鐘和500毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為40°C /分鐘)；待爐溫升至90(TC后， 通入甲烷和氫氣的混合氣體(氣體流速分別為甲烷500毫升/分鐘和氫氣500毫升/分 鐘)，開始生長單壁納米碳管，生長時間為20分鐘。本實施例中，單壁納米碳管的直徑 為0.8 2nm，平均長度約為10 μ m。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、共振激光拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡 觀察表明，樣品為致密的單壁納米碳管網(wǎng)絡(luò)，表面干凈，質(zhì)量高，其中單壁納米碳管的 密度大于100根/μ m2。實施例6裝置如附圖1。
首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為30nm)放 置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2 薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至900°c (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫 升/分鐘和500毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為40°C /分鐘)；待爐溫升至90(TC后，通 入甲烷和氫氣的混合氣體(氣體流速分別為甲烷500毫升/分鐘和氫氣500毫升/分鐘)， 開始生長單壁納米碳管，生長時間為20秒。本實施例中，單壁納米碳管的直徑為0.8 2nm,平均長度約為149nm，最短可達 20nm。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、共振激光拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡觀察表明，表面干凈，質(zhì)量高，其中單壁納米碳管的密度大于50根/μ m2。實施例7裝置如附圖1。首先，將采用離子濺射方法鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為30nm)放 置于水平式反應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2 薄膜在氫氣和氬氣混合氣氣氛中加熱至900°c (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫 升/分鐘和500毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為40°C /分鐘)；待爐溫升至90(TC后，通 入甲烷和氫氣的混合氣體(氣體流速分別為甲烷500毫升/分鐘和氫氣500毫升/分鐘)， 開始生長單壁納米碳管，生長時間為40秒。本實施例中，單壁納米碳管的直徑為0.8 2nm,平均長度約為342nm。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、共振激光拉曼光譜和高分辨透射電子顯微鏡 觀察表明，表面干凈，質(zhì)量高，其中單壁納米碳管的密度大于60根/μ m2。實施例8裝置如附圖1。使用透射電鏡用Cu微柵作為模板，在硅襯底表面的部分區(qū)域選擇性蒸鍍SiO2薄 膜；首先，將選擇性鍍有SiO2薄膜的硅襯底(SiO2薄膜的厚度為30nm)放置于水平式反 應(yīng)爐中央?yún)^(qū)域(反應(yīng)區(qū)，在此位置有熱電偶實時監(jiān)測爐溫)；然后，將SiO2薄膜在氫氣 和氬氣混合氣氣氛中加熱至900°C (加熱過程中氫氣和氬氣流速分別為200毫升/分鐘和 500毫升/分鐘，反應(yīng)爐升溫速度為40°C /分鐘)；待爐溫升至900°C后，通入甲烷和氫 氣的混合氣體(氣體流速分別為甲烷500毫升/分鐘和氫氣500毫升/分鐘)，開始生長 單壁納米碳管，生長時間為2分鐘。本實施例中，單壁納米碳管的直徑為0.8 2nm，平 均長度約為1 μ m。掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡和共振激光拉曼光譜觀察表明，只有在圖案化 鍍有SiO2薄膜的區(qū)域生長出單壁納米碳管網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，圖中進氣口一端有四個質(zhì)量流量計，可選擇性地控制通入氬氣、 氦氣、氫氣、甲烷、乙烷、一氧化碳等氣體。液體碳源(如乙醇、甲醇、苯、甲苯、環(huán) 己烷等)置于o°c的孟氏洗瓶中，通過氬氣或氬氣與氦氣的混合氣鼓泡帶入。如圖2所示，從(a)掃描電子顯微鏡和(b)原子力顯微鏡照片可以看出，采用 SiO2作為催化劑生長出的樣品為致密的薄膜，并且表面干凈；從(c)共振激光拉曼光譜 可以看出，D模與G模強度比約為0.04，表明產(chǎn)物單壁納米碳管具有很高的質(zhì)量；從(d) 高分辨透射電鏡照片可以產(chǎn)出，產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)完美的單壁納米碳管，并且大多以單根或小管束的形式存在。如圖3所示，從產(chǎn)物表面的X-射線光電子能譜可以看出，樣品中僅含有Si、O 和C元素，不含有任何其他金屬雜質(zhì)，其中Si和O來自于SiO2鍍膜。如圖4所示，以20秒，40秒和60秒生長的單壁納米碳管的長度計算出來的以SiO2為催化劑時單壁納米碳管的生長速率只有8.3nm/S，該速度遠小于普通金屬催化劑 生長單壁納米碳管的速度(如在相同條件下，金屬Co催化劑生長單壁納米碳管的速度為 2.5ym/S)。說明使用SiO2為催化劑時，能顯著減慢單壁納米碳管的生長速度，進而達到 精確控制其長度，選擇性生長短單壁納米碳管的目的。如圖5所示，從不同反應(yīng)時間得到的單壁納米碳管的原子力照片和長度統(tǒng)計圖 可以看出，通過簡單地控制生長時間等實驗參數(shù)，可以選擇性得到一系列長度可調(diào)節(jié)的 短單壁納米碳管樣品。如生長時間為20秒的樣品平均長度只有149nm，最短長度只有 2 Onm ο如圖6所示，從單壁納米碳管的定位生長和圖案化生長(使用條帶狀硅片作為鍍 SiO2薄膜時的擋板)可以看出，只有在鍍有SiO2薄膜的區(qū)域才有單壁納米碳管，說明可 以通過使用特定模板實現(xiàn)單壁納米碳管的定位生長，為其在納電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定 了基石出。如圖7所示，從單壁納米碳管的定位生長和圖案化生長(使用透射電鏡用Cu微 柵作為鍍SiO2薄膜時的擋板)可以看出，只有在鍍有SiO2薄膜的區(qū)域才有單壁納米碳 管，說明可以通過使用特定模板實現(xiàn)單壁納米碳管的定位生長。如圖8所示，從單壁納米碳管的定位生長和圖案化生長(使用透射電鏡用W微柵 作為鍍SiO2薄膜時的擋板)可以看出，只有在鍍有SiO2薄膜的區(qū)域才有單壁納米碳管， 說明可以通過使用特定模板實現(xiàn)單壁納米碳管的定位生長。此外，單壁納米碳管可以定 位生長在寬度只有 5 μ m的催化劑條帶上，而沒有明顯的穿插現(xiàn)象發(fā)生，顯示以SiO2為 催化劑時單壁納米碳管的定位生長和圖案化生長的精度遠高于普通的金屬催化劑，這為 其在納電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。上述結(jié)果表明，本發(fā)明提出以離子濺射方法得到的SiO2鍍膜為催化劑前驅(qū)體， 高效生長不含有任何金屬雜質(zhì)的高質(zhì)量單壁納米碳管，具有操作簡便、成本低與易于在 硅基體上定位生長和圖案化生長單壁納米碳管的特點，對要求無金屬雜質(zhì)的單壁納米碳 管的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，以SiO2為催化劑的單壁納米碳管的生長速率較金屬催化劑 顯著減小，因此可以通過控制反應(yīng)時間精確控制其長度，為研究不同長度單壁納米碳管 及超短納米碳管的物性和應(yīng)用提供了前提。
權(quán)利要求
1.一種無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，其特征在于該方法以離子濺 射方法制備的二氧化硅薄膜為催化劑前驅(qū)體，以硅、氧化硅、氧化硅/硅、氧化鋁、石 英或碳化硅的平面體、球面體或任意形狀的耐高溫塊體材料為襯底，在600 1100°C下 通過碳源的裂解制備單壁納米碳管。
2.按照權(quán)利要求1所述的無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，其特征在于 首先，通過還原處理在襯底表面形成SiO2催化劑納米顆粒；然后，在高溫下通入碳源和 載氣，碳源分解釋放出的碳活性物種吸附在^IO2催化劑顆粒表面，并在幻02催化劑顆粒 的輔助下成核，最終形成單壁納米碳管。
3.按照權(quán)利要求2所述的無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，其特征在于 反應(yīng)過程中，碳源為碳氫化合物甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、環(huán)己烷以及乙 醇、甲醇、丙酮、一氧化碳之一種或兩種以上，碳源流速為1 1000毫升/分鐘。
4.按照權(quán)利要求2所述的無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，其特征在于 反應(yīng)過程中，載氣為氫氣；或者，載氣為氫氣與惰性氣體的混合氣，其中氫氣體積比 >1/10,載氣總流速為1 2000毫升/分鐘。
5.按照權(quán)利要求2所述的無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，其特征在于 反應(yīng)溫度為650 950°C。
6.按照權(quán)利要求1所述的無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，其特征在于 SiO2催化劑薄膜厚度為5 lOOnm。
全文摘要
本發(fā)明涉及單壁納米碳管的制備技術(shù)，具體為一種無金屬催化劑高效生長單壁納米碳管的方法，適于高效制備高質(zhì)量、無金屬雜質(zhì)殘留的單壁納米碳管。該方法以離子濺射方法制備的二氧化硅薄膜為催化劑前驅(qū)體，在600～1100℃條件下通過碳源的裂解制備單壁納米碳管。其中，碳源為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、環(huán)己烷等碳氫化合物或乙醇、甲醇、丙酮、一氧化碳等，載氣為氫氣或氫氣與氬氣、氦氣等惰性氣體的混合氣。本發(fā)明提出以離子濺射方法得到的SiO2鍍膜為催化劑前驅(qū)體，高效生長不含有任何金屬雜質(zhì)的高質(zhì)量單壁納米碳管，具有操作簡便、成本低、與易于在硅基體上定位生長和圖案化生長單壁納米碳管的特點，對要求無金屬雜質(zhì)的單壁納米碳管的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號B82B3/00GK102020262SQ20091018729
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者任文才, 劉碧錄, 成會明, 李世勝, 高力波 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所