超长单壁碳纳米管的化学气相沉积生长.pdf

评述 超长单壁碳纳米管的化学气相沉积生长 彭邦华 张永毅 姚亚刚 张锦8 刘忠范 摘要 自单壁碳纳米管被发现以来，由于其独特的结构、优越的性能和广阔的应用前景而备受关注。超 长单壁碳纳米管的制备对单壁碳纳米管基本性质的研究和实际应用都具有重要意义．人们在超长单壁 碳纳米管的定点、定向生长和构筑各种结构方面做了很多工作并取得很大进步，但目前仍存在一些挑战 性的问题．本文就在基底表面上利用化学气相沉积法生长超长单壁碳纳米管的生长条件、各种表面结 构的构筑、生长机理等方面的问题做一综述． 关键词 超长单壁碳纳米管 化学气相沉积生长 生长条件 生长机理 单壁碳纳米管是一维纳米材料结构、性能和应用 术，而且效率非常低．如果在基底上定点催化剂，生 研究的典型代表，由于其独特的结构、优越的性能和 长出定向的超长平行单壁碳纳米管阵列，就可以实 广阔的应用前景而备受关注．理论计算和实验研究 现在单根碳管上制作多个器件，或者多个电极，从而 已经证明，碳纳米管具有优越的力学、电学、热传导 在一定程度上实现这类电子器件的批量制备．可控 和光学等特性【【“)．目前，通常用电弧放电法‘51、激光 地获得具有特定结构和性质的单壁碳纳米管是碳纳 蒸发法【6】和有机碳氢化合物催化热解法。力来制备单壁 米管器件实用化的关键，但至今还没有找到通过生 碳纳米管．在这些方法中，化学气相沉积法(chemical长控制单壁纳米管的结构的有效途径．在此，本实验 室提出了基于单壁碳纳米管轴向能带工程集成器件 vapordeposition，CVD)由于反应温度较低，参数易 控，且能制备大量离散的、高质量的单壁碳纳米管而 的新思路．这种思路与现行的半导体工艺相兼容，为碳 被广泛使用．从单壁碳纳米管的基本性质研究和实 纳米管在纳电子器件领域实用化提供了重要的基础． 际应用要求来看，其制备技术仍然存在许多机遇和 获得平行的超长单壁碳纳米管阵列始终是碳纳 挑战，尤其是其控制性生长．目前制备出的单壁碳纳 米管制备的热点之一．尽管人们在定点、定向生长等 米管样品分布杂乱、相互缠绕、难以分散，而且其中 方面做了很多工作并取得很大进步，但仍存在一些 还存在大量的无定型碳等杂质，这给单壁碳纳米管 挑战性的问题．本文就在基底表面上利用化学气相 的物理化学性质如电学、力学等性质的测量带来困难 沉积法生长超长单壁碳纳米管做一综述． 并与理论估计相差甚远哺’9J．因此，人们追求制备离 1超长单壁碳纳米管的生长条件 散分布的、高质量的超长单壁碳纳米管，在这方面， 国内外学者做了大量工作，并在一些方面取得了重 1．1碳源及反应气氛 要进展． 目前，生长超长单壁碳纳米管的碳源，有气态碳 超长单壁碳纳米管的成功制备使对单壁碳纳米 源和液态碳源，液态碳源可通过载气鼓泡带人体系： 管性质的研究变得相对容易，这对单壁碳纳米管的 基本性质研究和实际应用而言，具有重要的意义．例 也有用甲醇、正己烷、乙烯的怛3’30”】．也可以使用混 如，对其力学性质，可直接做拉伸实验测试其拉伸强 合物作碳源【231，比如在乙醇中加入少量的水(质量分 o11 度和最大延展率【1 J．用超长碳纳米管可以制成使 数5％左右)，在此比例时，水与乙醇能形成共沸物， 用寿命很长的场发射器件【l21，也可以用来制备新型 其组成不会发生大的变化，而这些少量的水可明显 的轻质高强度复合材料Il3|．近年来，基于单壁碳纳米 提高超长单壁碳纳米管的产率f291．此外，水还能除去 管的电子器件，如生物／化学传感器、晶体管已经制备 反应中生成的无定形碳，提高催化剂活性【321，但同时 出来【_14“61，但制备这些器件普遍需使用微／纳加工技水对单壁碳纳米管也有一定的破坏．水的作用随 2006．11．13收稿，2007．01．12接受 国家自然科学基金(批准号50521201)和国家重点基础研究发展计划(编号：2006cB932701)资助项目 wWw。scichina．COrn