非金属氧化硅为催化剂优先生长金属性单壁碳纳米管方法

摘要

本发明涉及金属性单壁碳纳米管的直接可控制备领域，具体为一种以非金属氧化硅为催化剂优先生长金属性单壁碳纳米管的方法，以Ar离子束物理沉积法，在带有纳米二氧化硅热氧化层的硅基底上沉积氧化硅膜，通过控制预处理条件，实现纳米颗粒的形核析出，并且实现了粒径大小和分布的调控，最终在合适的生长条件下获得直径在1.2nm左右的金属性单壁碳纳米管，其含量为单壁碳纳米管总数的80%以上。本发明以控制单壁碳纳米管形核阶段所依赖的催化剂为出发点，利用非金属催化剂的高熔点特性，实现了较窄直径分布的金属性单壁碳纳米管的直接生长，突破了现阶段金属性单壁碳纳米管控制制备的瓶颈，为特定结构单壁碳纳米管的形核机理提供了新的认识。

主权项

一种非金属氧化硅为催化剂优先生长金属性单壁碳纳米管方法，其特征在于，通过对催化剂薄膜进行预处理，利用合适的生长条件直接选择性生长窄直径分布的金属性单壁碳纳米管，具体步骤如下：以Ar离子束物理沉积法，在带有纳米二氧化硅热氧化层的硅基底上沉积氧化硅膜；在化学气相沉积炉内对其进行加热方式、气氛和时间的预处理条件调节，获得非金属氧化硅催化剂纳米颗粒后，在900℃下进行化学气相沉积生长金属性单壁碳纳米管；硅基底上沉积氧化硅预处理气氛为空气及惰性气氛，无还原过程，空气作用时间为1‑15 分钟，惰性气氛作用时间为0.5‑5分钟；催化剂预处理条件中加热方式分为快速加热方式或半快速加热方式；其中，快速加热方式是指将含催化剂层的基底直接由室温推至化学气相沉积炉中央，化学气相沉积炉中央已达到适合单壁碳纳米管生长的目标温度900℃；半快速加热方式是指将含催化剂层的硅片基底直接由室温推至温度为800‑875℃的化学气相沉积炉中。