催化剂厚度对碳纳米管直径的影响。.PDF

2003年7月 重庆大学学报 Ju1．20o3 第26卷第7期 Journal of Chongqing University V01．26 No．7 文章编号：1000—582X(2003)07—0059—04 催化剂厚度对碳纳米管直径的影响。 王 必本‘’2一，王 万 录2，赵 作峰 ，刘 高斌2，王永 田2，CHOI Seungh0‘ (1．亚洲大学分子科学与技术系，水原 442—749，韩国； 2．重庆大学数理学院，重庆 400oc ；3．北京工业大学理学院，北京 100022) 摘 要：由于碳纳米管具有独特的结构和性能，因而自从被发现以来一直受到人们的关注。近年 来，已利用各种方法成功地合成出碳纳米管，特别是利用化学气相沉积方法制备高度准直的碳纳米管。 分析了该方法中催化剂厚度对碳纳米管直径的影响，利用负衬底偏压热灯丝CVD系统和不同厚度的 NiFe催化剂在si衬底上直接生长，并用扫描电子显微镜来研究碳纳米管的生长过程。结果表明催化剂 颗粒封闭了碳纳米管的顶端，催化剂厚度对碳纳米管的直径有较大的影响，碳纳米管的平均直径随催化 剂厚度的增大而增大。 关键词：热灯丝CVD；碳纳米管；催化剂的厚度 中图分类号：TQI27．Il 文献标识码：A 由于碳纳米管具有独特的性能，近几年利用化学 1 mm的螺旋钨丝，其温度被加热到1 950 cI：左右。位 气相沉积(CVD)制备碳纳米管引起了人们的极大关 于灯丝与衬底之间的Mo网用作偏压电路的正极。衬 注。尤其是它具有高的长径(长度与直径)比…，依赖 底为沉积有催化剂的si片，它靠热灯丝的热辐射进行 于不同的直径和螺旋性而呈现出金属或半导体的导电 加热，其初始温度为550 cI：。灯丝与Mo网和衬底之 性能 】，决定了它是应用于微电子器件的最佳侯选材 间的距离分别为15咖 和21 mm。反应气体是CH．， 料【3 J。因此，控制碳纳米管的直径具有重大意义。目 NH，和H：的混合气体，CH．，NH，和H：的流量分别为 前，利用CVD制备碳纳米管大多数是通过催化剂进行 标准条件20 m3／min，4o m3／min和40 m3／mino工作 生长的，并且认为催化剂颗粒的大小对碳纳米管的直 气压为3 990 Pa；负偏压通过Mo衬底支架施加到衬底 径起决定性的作用【． J。然而，在生长碳纳米管之前， 上。 对催化剂先通过淬火[7 或等离子体【引预处理使其成 一 为颗粒状，然后再利用CVD生长碳纳米管，结果碳纳 一 缝 米管的直径与经过预处理形成的催化剂颗粒的大小有 _～ ’r ， Y 一 定的差别【7．9J。事实上，催化剂颗粒在CVD系统中 ● 受热要发生变形，才导致了上述的差别，这一点很少有 人考虑。实验中，对催化剂未进行预处理，直接利用负 5_．J ．= 衬底偏压增强热灯丝CVD生长了碳纳米管，并利用扫 描电子显微镜对其生长进行了研究，结果表明碳纳米 I： J 管的直径随催化剂厚度的增大而增大。结合催化剂在 加热灯丝过程中的变形，研究了催化剂厚度对碳纳米 — 管直径的影响。 l 实验与结果 圈1热灯丝CVD系统 生