專利名稱：碳納米管組裝方法和碳納米管器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米器件組裝方法和納米器件，尤其涉及一種碳納米管組裝方法和碳納米管器件。
背景技術：
在納米科技的領域里，人們已經掌握了很多非常有用的納米材料的合成方法，如碳納米管、硅納米線、氧化鋅納米線等等，這些一維納米材料在很多領域都有可能走向應用，例如場效應晶體管、傳感器以及原子力顯微鏡的針尖等。
現有的在原子力顯微鏡針尖上組裝碳納米管的方主要有(1)在光學顯微鏡下操縱針尖從碳管中取出一束或一根；(2)在原子力顯微鏡下用針尖直接操縱碳管進行組裝；(3)在針尖上直接生長碳管。
例如，2002年2月12日公告的第6,346,189號美國專利揭示了一種在原子力顯微鏡針尖上采用化學氣相沉積法直接生長碳納米管的方法。但是，由于該方法無法控制碳納米管的生長方向，所以仍存在效率低且可控性差的問題，另外生產成本高昂。
又如，2002年9月25日所公告的第99103111.3號中國專利揭示了一種單壁碳納米管的組裝方法。該方法主要有以下步驟(1)將純度90％以上的單壁碳納米管水溶液膠體靜止存放一個月左右；(2)按水溶液不同的柱高位置，分選所需長度的碳納米管原液；(3)按所需量的原液加入去離子水稀釋；(4)徹底清除金屬基底表面的油污雜質；(5)用甩膠法或浸入法將碳納米管組裝在基底上。但是，該方法耗時過長，效率低下，且可控性差。
因此，有必要提供一種效率高且可控性強的碳納米管組裝方法及碳納米管器件。
發明內容以下，將以若干實施例說明一種效率高且可控性強的碳納米管組裝方法。
以及通過這些實施例說明一種由上述方法制成的碳納米管器件。
為實現上述內容，提供一種碳納米管組裝方法，包括以下步驟提供兩個相對的導電體，使其相對的兩末端共同浸入同一含碳納米管的溶液中；對該兩導電體施加一交流電壓，以使至少一碳納米管組裝至該兩末端之間。
所述的含碳納米管的溶液可以異丙醇為主要溶劑。
所述的含碳納米管的溶液最好含有用作穩定劑的乙基纖維素。
所述的相對的兩末端中，至少一末端為錐形、柱形或圓臺形。
所述的相對的兩末端之間的距離最好與該碳納米管的長度相近，優選距離小于等于10微米。
所述的交流電壓的峰值小于等于10伏。
該組裝方法可進一步包括以下步驟將裝有碳納米管的兩導電體末端分開以得到至少一裝有碳納米管的導電體末端。
該組裝方法還可進一步包括以下步驟監控組裝過程，以確定碳納米管組裝于該兩末端之間。其中，所述的監控方法可包括步驟于兩導電體所在的電路中串聯一個電阻；在該電阻兩端并聯一示波器。
以及，提供一種碳納米管器件，包括兩個電極和沿軸向連接于該兩電極之間的碳納米管，該碳納米管分別附著于該兩電極表面，并且沿其軸向大致為直的。
所述的兩電極包括兩相對的末端，該碳納米管分別附著于該兩末端表面，該末端為錐形、柱形或圓臺形。
所述的碳納米管器件可為一傳感器。
相對于現有技術，本發明的組裝方法一般只需要幾秒至幾十秒，耗時短，效率高。并且，整個組裝過程均可實現自動化操作與監測，提高生產效率，可控性強。同時所需的生產設備簡單，生產成本低，適合進行大規模生產。
圖1為本發明實施例的碳納米管組裝方法的裝置示意圖；圖2為本發明實施例的組裝于兩末端之間的碳納米管的光學顯微鏡照片。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供的一種碳納米管組裝方法，主要由以下步驟組成。
(1)提供兩導電體10和12，其分別具有錐形末端101和121。使該兩末端101和121相對設置，并間隔開一定距離。移取少量含碳納米管的溶液14于該兩末端101和102之間，并使兩者能共同浸入該溶液14中。
(2)對該兩導電體10和12施加一交流電壓16，直到至少一碳納米管組裝于該兩末端101和102之間。
在本實施例中，所述的導電體10和12均由鎢或其合金制成，其錐形末端直徑最好為10-1000微米范圍內。導電體10和12也可以采用其他的導電材料制作，如金、鉬、鉑等，其自身形狀可依實際需要設計。末端101和121也可為其他形狀，如圓臺形或細小的柱形，而不限于錐形。應指出的是，當末端101和121的端面為平面時，最好使兩末端101和121的部分端面相對設置，如兩端面的邊緣相對設置。另外，該兩末端101和102之間的距離應根據所采用的碳納米管長度加以設定，最好與碳納米管長度相近，不宜太大，否則不利于組裝。該間隔距離一般小于100微米，優選為10微米以內。
所述的含碳納米管的溶液14是以異丙醇為主要溶劑，通過超聲震蕩的方法使碳納米管在其中均勻分散而得到的。為使該溶液14穩定，還可加入少量的乙基纖維素。當然，溶液14還可采用其他方法制備，例如采用其他溶劑、穩定劑或者增加分離過濾等處理步驟，以得到均勻穩定的碳納米管溶液為宜，不必以具體實施例為限。
另外，可以理解的是，溶液14的濃度可能影響后期被組裝的碳納米管數量。一般，溶液14的濃度越大，后期則較容易組裝上多根碳納米管。因此，可根據實際需要調配溶液14的濃度，如只組裝一根碳納米管，則應盡量降低溶液14的濃度。反之，也可以通過調整溶液14的濃度，在一定程度上控制被組裝的碳納米管數量。
溶液14可由吸管、移液管、注射器或其他適宜的裝置移取并施加于末端101和121之間。所施加的溶液14不宜過多，以使該兩末端101和121能共同浸入同一滴溶液14即可。另外，也可將兩末端101和121直接浸入少量的由燒杯等容器盛放的溶液14中。
步驟(2)中，所述的交流電壓的峰值最好在10伏以內，頻率在1千至10兆赫茲之間。本實施例主要是依據雙向電泳法原理在交流電場中，溶液14中的碳納米管在電場強度大的方向運動，最終運動到場強最大的兩尖端101和121相對的區域，并被吸附到該兩末端101和121上。此后，碳納米管依靠與該兩末端101和121的范德華力牢固吸附在末端101和121的表面上。一般，通電時間只需幾秒至幾十秒，因此該組裝方法耗時短，效率高。
請參閱圖2，從光學顯微鏡照片可看出，碳納米管被組裝到該兩末端101和121之間，并且已被拉直。這是因為碳納米管在電場中被極化產生電偶極距，兩端帶有電荷，電場對其作用力有一沿其軸向的分力，使碳納米管拉伸變直。
通過上述碳納米管組裝方法，可制成本發明實施例提供的一種碳納米管器件。該器件包括作為電極的兩末端101和121，以及沿軸向連接于該兩電極之間的碳納米管。該碳納米管分別附著于該兩電極表面，并且沿其軸向大致為直的。可以理解的是，該碳納米管器件可用于多種電子器件中，如用作微型傳感器。
當碳納米管被組裝之后，可斷電并移走溶液14。
應指出的是，可采用監測系統對整個組裝過程進行監控，從而實現實時監控、實時調整，提高成品率。例如，根據未組裝上碳納米管的兩末端101和102是處于斷路狀態、而組裝上碳納米管后該兩者是處于通路狀態，可方便地對這兩個狀態進行監測。在本實施例中，采用的監測方法就是依據上述原理，在圖1所示的電路中串聯一電阻，用示波器觀察該電阻兩端的波形變化。當波形發生突變則表示碳納米管已經組裝到兩個末端101和121之間，這時就可以降壓斷電并移走液滴。當然，也可以采用其他的監測方法及設備進行，不必限于本實施例。
進而，整個組裝過程均可實現自動化操作與監測，避免手動或半手動操作的偏差以及化學氣相沉積法中碳納米管生長的不可控性，提高生產效率，可控性增強，同時所需的生產設備簡單，生產成本低，適合進行大規模生產。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的范圍之內。
權利要求
1.一種碳納米管組裝方法，包括以下步驟提供兩個相對的導電體，使其相對的兩末端共同浸入同一含碳納米管的溶液中；對該兩導電體施加一交流電壓，以使至少一碳納米管組裝至該兩末端之間。
2.如權利要求1所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的含碳納米管的溶液以異丙醇為主要溶劑。
3.如權利要求1所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的含碳納米管的溶液含有用作穩定劑的乙基纖維素。
4.如權利要求1所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的相對的兩末端中，至少一末端為錐形、柱形或圓臺形。
5.如權利要求1所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的相對的兩末端之間的距離與該碳納米管的長度相應。
6.如權利要求1所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的相對的兩末端之間的距離小于等于10微米。
7.如權利要求1所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的交流電壓的峰值小于等于10伏。
8.如權利要求1至7任一項所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，其進一步包括以下步驟監控組裝過程，以確定碳納米管組裝于該兩末端之間。
9.如權利要求8所述的碳納米管組裝方法，其特征在于，所述的監控方法包括于兩導電體所在的電路中串聯一個電阻；在該電阻兩端并聯一示波器。
10.一種碳納米管器件，包括兩個電極和沿軸向連接于該兩電極之間的碳納米管，其特征在于，該碳納米管分別附著于該兩電極表面，并且沿其軸向大致為直的。
11.如權利要求10所述的碳納米管器件，其特征在于，所述的兩電極包括兩相對的末端，該碳納米管分別附著于該兩末端表面，該末端為錐形、柱形或圓臺形。
12.如權利要求10或11所述的碳納米管器件，其特征在于，所述的碳納米管器件為傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種碳納米管組裝方法和碳納米管器件。該碳納米管組裝方法包括提供兩個相對的導電體，使其相對的兩末端共同浸入同一含碳納米管的溶液中；對該兩導電體施加一交流電壓，以使至少一碳納米管組裝至該兩末端之間。該方法耗時短、效率高且可控性強，避免現有技術中組裝時間長且可控性差的問題。還提供有該組裝方法制成的碳納米管器件，其可用作微型傳感器。
文檔編號C25D13/02GK1830753SQ20051003360
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月10日 優先權日2005年3月10日
發明者魏洋, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(深圳)有限公司