專利名稱：碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于碳納米管的加工方法，具體地說，是關(guān)于碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的 制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管和半導(dǎo)體納米線可用于納電子器件的新型納米材料。近年來，已經(jīng)成功研制 了基于碳納米管或半導(dǎo)體納米線各種新穎納電子器件，其中最突出是結(jié)器件(分子結(jié)或納米 線異質(zhì)器件)。為了將碳納米管或半導(dǎo)體納米線制成納米尺度的結(jié)器件，可選用Y形或T 形分叉結(jié)構(gòu)的碳納米管或半導(dǎo)體納米線，利用Y形或T形分叉結(jié)構(gòu)中各分支上碳納米管或 納米線的不同電學(xué)特性，可構(gòu)筑具有整流特性的結(jié)器件，甚至有報(bào)道將單個Y形分叉結(jié)構(gòu) 的碳納米管構(gòu)建邏輯門，由于該類型器件尺寸小，而且具有可集成的優(yōu)勢，甚受研究人員 的關(guān)注。
目前，制備碳納米管和納米線Y形分叉結(jié)構(gòu)主要是通過直接化學(xué)合成獲得，方法主要 有三(l)通過化學(xué)氣相沉積(CVD)制備Y形碳納米管或半導(dǎo)體納米線(B. C. Satishkumar et al., Applied Physics Letters 77， 2530(2000)); (2)利用多孔氧化鋁模板，先將氧化鋁通道預(yù)制 成Y形，然后利用電化學(xué)沉積獲得納米線，去掉氧化鋁即可獲得Y形納米線(Y.Tanetal., Appl. Phys. Lett., 85, 967(2004)); (3)將氧化鋁模板和化學(xué)氣相沉積結(jié)合制備Y形碳納米管(C Papadopoulos et al., Phys. Rev. Lett. 85, 3476(2000); Guowen Meng et al.， PNAS 102, 7074 (2005))。利用化學(xué)氣相沉積方法制備Y形結(jié)構(gòu)，其過程是隨機(jī)、可控性很差；利用氧化鋁 模板和電化學(xué)沉積，由于需要利用氧化一還原反應(yīng)，因此主要是用于制備金屬納米線，而 制備半導(dǎo)體納米線很困難；將氧化鋁模板和化學(xué)氣相沉積結(jié)合，雖然可控性好，但所獲得 的主要是多壁碳納米管，結(jié)構(gòu)缺陷較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，利用碳納米管或半導(dǎo)體納米線在交變電場中的極化 現(xiàn)象和電泳力作用，提供了一種碳納米管或納米線的分叉結(jié)構(gòu)的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟包括1) 制備芯片，該芯片包括一對平行電極和平行電極之間的若干個浮點(diǎn)電極；
2) 將碳納米管和/或納米線溶于有機(jī)溶劑中，并進(jìn)行超聲分散，制得碳納米管和/或納 米線的懸浮液；
3) 將芯片浸沒于所述懸浮液中，在上述電極上施加交流電或直流電；
4) 取出芯片，吹干，在浮點(diǎn)電極之間獲得兩根或多根碳納米管和/或納米線的的分叉 結(jié)構(gòu)。
所述步驟1)中，通過微電子加工工藝中的光刻和剝離技術(shù)制備金屬電極，平行電極 的相對距離為l-10pm，所述步驟l)中，浮點(diǎn)電極的相鄰電極距離為200—500nm。 所述有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮、正己垸、異丙醇、二甲基甲酰胺、1， 2 — 二氯乙垸。 所述半導(dǎo)體納米線為單質(zhì)元素納米線或化合物半導(dǎo)體納米線。 所述碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管或單壁碳納米管聚集而成的管束。 所述步驟3)中，電極施加交流電，具體施加的交流電的參數(shù)范圍為VPP=0.5—25V,頻 率卜讓HZ。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是-.
本發(fā)明通過設(shè)計(jì)特定結(jié)構(gòu)的電場，利用交變電場或交變的感應(yīng)電場獲得Y或T形的分
叉結(jié)構(gòu)，其可控性好、方法簡單、效率高；不僅可以制備碳納米管，又可制備半導(dǎo)體納米
線的Y或T形分叉結(jié)構(gòu)，或者碳納米管和半導(dǎo)體納米線混合的Y或T形分叉結(jié)構(gòu)，且按 本發(fā)明可獲得大量的分叉結(jié)構(gòu)。尤其重要的是，由于所獲的分叉結(jié)構(gòu)與電極相連，可以在 同一芯片上原位實(shí)現(xiàn)分叉結(jié)器件或結(jié)器件陣列，為納電子器件提供新的集成方法。


圖1制備碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極結(jié)構(gòu)示意圖2制備碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置圖3制備碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的原理圖4分叉結(jié)構(gòu)掃描電極照片(aY形碳納米管:(b) T形碳納米管。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述
將碳納米管和/或半導(dǎo)體納米線分散于有機(jī)溶劑中，溶劑包括為乙醇、丙酮、正己烷、 異丙醇、二甲基甲酰胺、1， 2—二氯乙垸或去離子水等。在制備Y形的分叉結(jié)構(gòu)之前，溶 液需經(jīng)過長時間超聲分散，制得碳納米管或半導(dǎo)體納米線均勻分散的懸浮液。所用碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管或碳納米管管束；半導(dǎo)體納米線為單質(zhì)元素納米線
(Si， Ge)和化合物半導(dǎo)體(GaN、 InP、 CdS等)納米線。
為制備Y形碳納米管和納米線分叉結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)微米尺度的金屬電極。電極為平行電極 1和浮點(diǎn)電極2的復(fù)合結(jié)構(gòu)，即在一相對平行的電極1之間設(shè)置若干排圓柱形浮點(diǎn)電極2(如 圖l)，相鄰的兩排圓柱形浮點(diǎn)電極2可等間距布置，也可以錯開一定的距離，其中平行 電極1之間的間距在10-20)iim范圍，最近鄰的浮點(diǎn)圓柱2之間的間距在2-5pm;兩種電極 材料均可以為Ti/Au， Al，電極厚度〉50nm。 一旦平行金屬電極與信號發(fā)生器3連接，即 可在圓柱形浮點(diǎn)電極2之間產(chǎn)生藕合的感應(yīng)電場。金屬電極利用光刻和剝離工藝制備，其 過程是甩膠光刻，曝光、顯影；然后濺射沉積金屬，去膠，即可獲得金屬電極。芯片襯 底為P型重慘雜硅和熱氧化生長的二氧化硅(厚度MOOnm)。
將制作的含金屬電極的芯片4插入小槽5(如圖2)，小槽5內(nèi)盛有含碳納米管或半導(dǎo)體 納米線的懸浮液6，將芯片4浸沒于溶液6。外接導(dǎo)線7與信號發(fā)生器3連接，接通信號 發(fā)生器的電源即可在電極上施加交流電場，從而在圓柱形浮點(diǎn)電極2之間產(chǎn)生交變的感應(yīng) 電場。
在交流電場的作用下，電極之間產(chǎn)生非均勻電場，碳納米管或半導(dǎo)體納米線在非均勻 電場下發(fā)生極化現(xiàn)象，會在碳納米管或納米線表面和內(nèi)部產(chǎn)生瞬態(tài)極化所致的正、負(fù)電荷， 從而使碳納米管或納米線因極化形成偶極子，在溶液中形成偶極矩。
除此，當(dāng)電介質(zhì)顆粒處于非均勻電場中時均會受到雙向電泳力，它不一定要求電介質(zhì) 顆粒帶電，任何顆粒在電場中都表現(xiàn)一定的雙向電泳特性，故本發(fā)明對碳納米管和納米線 均適用。DEP的強(qiáng)度主要有介質(zhì)和顆粒的電學(xué)特性決定，并且受到顆粒的大小，形狀以及 電場頻率的影響。在交變電流作用下，碳納米管或納米線在溶液中因偶極矩和交流電泳力， 使其沿著電場梯度下降的方向迅速移向電極或移向已搭接在電極上的碳納米管的端部上， 從而使兩根或多根碳納米管或半導(dǎo)體納米線形成Y形分叉結(jié)構(gòu)。相連的碳納米管或半導(dǎo)體 納米線可以形成兩個或多個Y形分叉結(jié)構(gòu)(如圖3)。
持續(xù)施加電場，等待一定時間后，關(guān)掉外加電源，取出芯片，吹干即可在圓柱形浮點(diǎn) 電極之間獲得一定數(shù)量的Y形分叉結(jié)構(gòu)。，Y形分叉結(jié)構(gòu)的數(shù)量可通過控制交變電場強(qiáng)度、 碳納米管或半導(dǎo)體納米線溶液的濃度來調(diào)節(jié)。所用的實(shí)驗(yàn)參數(shù)是正弦信號，電壓為10V (Vpp)，頻率16MHz，施加電壓的時間為20分鐘。如圖4所示為含有Y形(圖4 a)和T 形(圖4b)分叉結(jié)構(gòu)碳納米管的掃描電鏡照片。
以上通過詳細(xì)實(shí)施例描述了本發(fā)明所提供的方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變形或修改；其制備方法也不限于實(shí)施 例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1、一種碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟包括1)制備芯片，該芯片包括一對平行電極和平行電極之間的若干個浮點(diǎn)電極；2)將碳納米管和/或納米線溶于有機(jī)溶劑中，并進(jìn)行超聲分散，制得碳納米管和/或納米線的懸浮液；3)將芯片浸沒于所述懸浮液中，在上述電極上施加交流電或直流電；4)取出芯片，吹干，在浮點(diǎn)電極之間獲得兩根或多根碳納米管和/或納米線的的分叉結(jié)構(gòu)。
2、 如權(quán)利要求1所述的碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述 步驟1)中，通過微電子加工工藝中的光刻和剝離技術(shù)制備金屬電極，平行電極的相對距 離為l-10(xm。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 所述步驟l)中，浮點(diǎn)電極的相鄰電極距離為200—500nm。
4、 如權(quán)利要求1所述的碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述有 機(jī)溶劑為乙醇、丙酮、正己烷、異丙醇、二甲基甲酰胺、1， 2—二氯乙垸。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 所述半導(dǎo)體納米線為單質(zhì)元素納米線或化合物半導(dǎo)體納米線。
6、 如權(quán)利要求1或4所述的碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所 述碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管或單壁碳納米管聚集而成的管束。
7、 如權(quán)利要求1所述的碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述步 驟3)中，電極施加交流電，具體施加的交流電的參數(shù)范圍為Vp產(chǎn)0.5—25V,頻率l一 IOMHZ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管或納米線分叉結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括制備芯片，該芯片包括一對平行電極和平行電極之間的若干個浮點(diǎn)電極；將碳納米管和/或納米線溶于有機(jī)溶劑中，并進(jìn)行超聲分散，制得碳納米管和/或納米線的懸浮液；將芯片浸沒于所述懸浮液中，在上述電極上施加交流電或直流電；取出芯片，吹干，在浮點(diǎn)電極之間獲得兩根或多根碳納米管和/或納米線的的分叉結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用交變電場或交變的感應(yīng)電場獲得Y或T形的分叉結(jié)構(gòu)，其可控性好、方法簡單、效率高；同時，由于所獲的分叉結(jié)構(gòu)與電極相連，可以在同一芯片上原位實(shí)現(xiàn)分叉結(jié)器件或結(jié)器件陣列，為納電子器件提供新的集成方法。
文檔編號C01B31/00GK101293629SQ20081000433
公開日2008年10月29日 申請日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者傅云義, 佳 劉, 夢 孟, 興 張, 張佳璐, 奧 郭, 如 黃 申請人:北京大學(xué)