專利名稱：一種碳納米管圖形化工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廣泛應(yīng)用于微納制造中的基于自組裝膜的碳納米管圖形化工藝方法，屬于納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1991年，日本的Iijima首次發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管(MWNT)，直徑為4-30nm，長度為1um。1993年單壁碳納米管也被發(fā)現(xiàn)(SWNT)，直徑從0.4nm到3-4nm，長度可達(dá)幾微米。碳納米管具有獨特的電子、機械及化學(xué)性能，在機械、電化學(xué)、能源、顯示器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。碳納米管有兩個獨特優(yōu)異的電學(xué)性能，一個是場發(fā)射性質(zhì)，另一個是碳納米管的二重電性質(zhì)。這兩個獨特的電學(xué)性能使得這種新型材料在微電子學(xué)上具有良好的應(yīng)用前景。
構(gòu)造基于碳納米管的電子器件需要一種控制碳納米管的定位的方法，目前有人利用AFM操縱使碳納米管定位，但效率很低，另一種方法是讓碳納米管在圖形化催化劑上生長，由于碳納米管的生長一般需要很高的溫度，這對基底有很大的限制.公開專利號1502553是在圖形化基底上生長碳納米管。公開專利號1500715主要是通過把碳納米管端部的基團與表面的反應(yīng)定位形成碳納米管圖形化膜。有機硅衍生物自組裝單層膜是高度有序且具有方向性的，既可以在烷基鏈中與很多基團相互作用，也可以在鏈的尾端進行化學(xué)反應(yīng)，并可使基底呈現(xiàn)電荷性。它的這種特性使分子水平的靈活設(shè)計成為可能，并且為研究界面特殊相互作用提供了可行性，由于有機硅烷能在基片SiO2、Al2O3等形成高質(zhì)量的氯硅烷自組裝單層膜，且具有獨特的穩(wěn)定性，硅烷仍然是表面修飾和表面功能化的理想材料。分散液中碳納米管很容易沉積到氨基表面的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)自組裝膜表面，而很難沉積到甲基表面的十八烷基三氯硅烷(OTS)自組裝膜表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種常溫下實現(xiàn)碳納米管圖形化的方法。
本發(fā)明提出的一種碳納米管圖形化工藝方法，所述方法，其特征在于該方法是在常溫下通過對基底表面組裝有機硅烷衍生自組裝膜進行化學(xué)功能化處理，然后采用沉積工藝和澆鑄工藝形成圖形化碳納米管。其工藝步驟為(1)將碳納米管在十二烷基硫酸鈉水溶液或者N，N-二甲基甲酰胺分散超聲分散，然后離心，取上層清澈碳納米管分散液溶液；(2)在基底上面涂一層光刻膠，根據(jù)事先設(shè)計的不同尺寸大小條紋和點陣圖形對光刻膠進行曝光，在曝光顯影后露出的基底部分組裝甲基表面自組裝膜；
(3)將步驟2組裝了甲基表面自組裝膜的硅片泡入丙酮里對剩下的光刻膠去膠，再在去膠后的硅片的上面組裝氨基表面自組裝膜；(4)將步驟3經(jīng)過圖形化功能處理的硅基底分別用沉積工藝與澆鑄工藝實現(xiàn)碳納米管的圖形化。
在上述碳納米管圖形化工藝方法中，步驟1所述的碳納米管經(jīng)過酸煮等純化工藝處理。
在上述碳納米管圖形化工藝方法中，步驟1所述的自組裝膜的成膜基底為硅片，金屬鋁，玻璃，云母，三氧化二鋁，二氧化硅基底。
本發(fā)明主要通過對基底表面組裝有機硅烷衍生自組裝單層膜進行化學(xué)功能化處理，圖形化的自組裝膜對碳納米管分散液中碳納米管選擇性吸附，實現(xiàn)碳納米管的平面定位，使碳納米管在模板上形成圖案化結(jié)構(gòu)。不同表面基團自組裝膜對基底表面化學(xué)圖形化處理，利用不同表面功能基團自組裝膜與碳納米管的不同相互作用來定位碳納米管，將碳納米管可控沉積到圖形化表面的氨基表面區(qū)域，實現(xiàn)碳納米管的圖形化。本發(fā)明的方法在制造平板顯示屏、晶體管、化學(xué)和生物傳感器、半導(dǎo)體裝置等工藝中有潛在的應(yīng)用價值。


圖1為本發(fā)明的圖形化的自組裝膜表面示意圖。
圖2為本發(fā)明的casting工藝示意圖。
圖3為本發(fā)明的沉積工藝示意圖。
圖4為本發(fā)明的硅基底上圖形化沉積碳納米管后的SEM形貌圖。
圖5為本發(fā)明的鋁基底的圖形化沉積碳納米管后的SEM形貌圖。
圖6為本發(fā)明的碳納米管在鋁基底與OTS圖形casting工藝后的形貌SEM圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的方法做進一步說明本發(fā)明用于自組裝膜成膜的溶液配制分別為甲基功能化的自組裝膜十八烷基三氯硅烷溶液的配比如下70毫升十六烷；10毫升四氯化碳；將2毫升無水氯仿、3毫升四氯化碳與5毫升去離子水混合，靜置24小時后，取2毫升下層水飽和的氯化溶液；200微升十八烷基三氯硅烷。成膜時間2小時氨基功能化的自組裝單層膜3-氨基丙基三乙氧基硅烷的溶液的配比如下50毫升無水甲醇；2毫升去離子水；2毫升乙酸；1毫升3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
成膜時間2小時。
將碳納米管在濃度1wt％(質(zhì)量百分比)的十二烷基硫酸鈉水溶液或者N，N-二甲基甲酰胺分散超聲分散3個小時，然后3000轉(zhuǎn)/分鐘離心三小時，取上層清澈碳納米管分散液溶液。
實施例1硅基底碳納米管的圖形化沉積采用單晶硅片N(100)作為基底，在上面涂一層Megaposit SPR6112B光刻膠，根據(jù)事先設(shè)計的不同尺寸大小條紋和點陣圖形對光刻膠進行曝光，在曝光顯影后露出的硅片部分組裝OTS甲基表面自組裝膜，然后再泡入丙酮里面對剩下的光刻膠去膠，再在去膠后的硅片的上面組裝APTES氨基表面自組裝膜。這樣就形成了圖形化的自組裝膜表面(如圖1所示).
把圖形化功能處理的硅基底分別浸入SDS水溶液或DMF碳納米管的分散液沉積(如圖3所示)十六個小時，取出后分別用去離子水或無水甲醇清洗，氮氣吹干。
實施例2電極鋁基底的碳納米管的圖形化沉積采用單晶硅片N(100)作為基底，在清洗后的硅片上面濺射一層Al，然后在Al上面涂一層Megaposit SPR6112B光刻膠，根據(jù)事先設(shè)計的不同尺寸大小條紋和點陣圖形對光刻膠進行曝光，然后對曝光部分的Al進行腐蝕(磷酸腐蝕)，在腐蝕掉Al露出的硅片部分組裝OTS甲基表面自組裝膜，然后再泡入丙酮里面對Al表面的光刻膠去膠，再在去膠后的Al的上面組裝APTES氨基表面自組裝膜，形成不同表面自組裝膜的圖形(如圖1所示)。
把圖形化的基底浸入SDS水溶液或DMF碳納米管分散液中十六個小時，然后取出分別用去離子水或無水甲醇清洗，氮氣吹干，實現(xiàn)碳納米管的圖形化沉積。實驗中所用的圖形設(shè)計分別為20μm，10μm寬的條紋，10μm*10μm的方格點陣和4μm*4μm的方格點陣。
實施例3鋁電極基底的碳納米管的圖形化casting工藝得到圖形化碳納米管膜。
采用單晶硅片N(100)作為基底，在清洗后的硅片上面濺射一層Al，然后在Al上面涂一層Megaposit SPR6112B光刻膠，根據(jù)自己設(shè)計的不同尺寸大小條紋和點陣圖形對光刻膠進行曝光，然后對曝光部分的Al進行腐蝕，在腐蝕掉Al露出的硅片部分組裝OTS甲基表面自組裝膜，然后再泡入丙酮里面對Al表面的光刻膠去膠，再一次羥基化，形成疏水OTS膜和親水鋁的圖形(如圖1所示)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管圖形化工藝方法，其特征在于所述方法是在常溫下通過對基底表面組裝有機硅烷衍生自組裝膜進行化學(xué)功能化處理，然后對基底采用沉積工藝和澆鑄工藝形成碳納米管圖形，其工藝步驟為(1)將碳納米管在十二烷基硫酸鈉水溶液或者N，N-二甲基甲酰胺分散超聲分散，然后離心，取上層清澈碳納米管分散液溶液；(2)在基底上面涂一層光刻膠，根據(jù)事先設(shè)計的不同尺寸大小條紋和點陣圖形對光刻膠進行曝光，在曝光顯影后露出的基底部分組裝甲基表面自組裝膜；(3)將步驟2組裝了甲基表面自組裝膜的基底泡入丙酮里對剩下的光刻膠去膠，再在去膠后露出的基底上面組裝氨基表面自組裝膜；(4)將步驟3經(jīng)過圖形化功能處理的基底分別用沉積工藝與澆鑄工藝實現(xiàn)碳納米管的圖形化。
2.按照權(quán)利要求1所述的碳納米管圖形化工藝方法，其特征在于步驟1所述的碳納米管經(jīng)過酸煮等純化工藝處理。
3.按照權(quán)利要求1所述的碳納米管圖形化工藝方法，其特征在于步驟1所述的自組裝膜的成膜基底為硅片，金屬鋁，玻璃，云母，三氧化二鋁，二氧化硅基底。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管圖形化工藝方法，屬于納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。所述方法主要利用功能化有機硅烷自組裝單層膜表面對DMF與SDS分散液中的碳納米管的不同作用力形成圖形化碳納米管單，多層膜或陣列。用光刻法在表面形成圖形，然后在圖形表面不同區(qū)域組裝不同的自組裝膜，利用圖形化膜的不同區(qū)域不同表面性質(zhì)，通過沉積和casting工藝形成單層或多層結(jié)構(gòu)的圖形化碳納米管。該方法很容易在如玻璃、硅晶片或塑料上形成碳納米管圖形，同樣也可以在鋁等金屬上形成碳納米管陣列圖形。本發(fā)明的方法在制造平板顯示屏、晶體管、化學(xué)和生物傳感器、半導(dǎo)體裝置等工藝中有潛在的應(yīng)用價值。
文檔編號C01B31/02GK1730382SQ20051008633
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
發(fā)明者胡元中, 彭倚天, 王慧 申請人:清華大學(xué)