專利名稱：使用電泳垂直排列碳納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及排列碳納米管的方法，更具體地，涉及使用電泳垂直排列碳納米管的方法。
背景技術(shù)：
自從了解了CNT的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及電子特征之后，碳納米管(CNT)已使用到各種元件中，諸如場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)、用于液晶顯示器(LCD)的背光、納米電子裝置、激勵(lì)器以及電池等。
FED是一種顯示裝置，從形成在陰極上的發(fā)射器發(fā)射電子并且用形成在陽(yáng)極上的熒光層碰撞電子?，F(xiàn)在，具有高電子發(fā)射特性的碳納米管(CNT)已被廣泛用作FED的發(fā)射器。使用CNT當(dāng)作發(fā)射器的FED具有寬視角、高分辨率、低功率以及高溫穩(wěn)定性等，并且因此可用在很多領(lǐng)域，如用于汽車導(dǎo)航設(shè)備或者電子圖像設(shè)備的取景器等。特別地，F(xiàn)ED能夠用作個(gè)人電腦(PC)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)終端、醫(yī)藥設(shè)備或高清晰度電視(HDTV)等中的可替換顯示設(shè)備。
為制造具有更高性能的FED，用作發(fā)射器的CNT應(yīng)該具有低驅(qū)動(dòng)電壓以及高發(fā)射電流。為此，CNT應(yīng)該在陰極上垂直排列。即，即使CNT具有相同的成分，發(fā)射電流根據(jù)其排列狀態(tài)改變。因此，為增加發(fā)射電流，盡可能多的CNT垂直排列在陰極上是更為可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了在低溫下使用電泳垂直排列已經(jīng)以高溫垂直生長(zhǎng)的碳納米管(CNT)的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了垂直排列碳納米管的方法，該方法包括在形成催化劑金屬層的基板上生長(zhǎng)碳納米管；以束的形式(bundle shape)從該基板分離該生長(zhǎng)的碳納米管；將所分離的碳納米管束放入已放入充電物(charger)的電解液中，將碳納米管束與充電物混合，并且使碳納米管束帶電；以及使用電泳將帶電的碳納米管束垂直附到電極的表面。
催化劑金屬顆?？烧吃谏L(zhǎng)的碳納米管的兩端。充電物可與粘在碳納米管的兩端的催化劑金屬顆?；旌喜⑶铱墒固技{米管束的兩端帶電為正(+)。
當(dāng)預(yù)定電壓施加到提供在電解液內(nèi)的一電極對(duì)之間時(shí)，帶電為正(+)的碳納米管束的一端可附著到該電極對(duì)的陰極的表面上。在這種情形下，直流電或交流電可以施加到該電極對(duì)之間。
催化劑金屬層可通過在基板上沉積預(yù)定的催化劑金屬形成。另外，催化劑金屬層可通過在基板上沉積預(yù)定的催化劑金屬以及以預(yù)定的形狀圖案化沉積的催化劑金屬形成。
催化劑金屬層可由選自包括Fe、Ni和Co的組中的至少一種金屬形成。
碳納米管可使用CVD在催化劑金屬層上垂直生長(zhǎng)。金屬薄膜可沉積在已經(jīng)生長(zhǎng)在基板上的碳納米管的上端。
已經(jīng)生長(zhǎng)在催化劑金屬層上的碳納米管可使用超聲波以束的形式從基板分離，并且放入電解液內(nèi)的碳納米管束可使用超聲波與充電物混合。


通過參照下述附圖對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他方面將變得更加顯而易見，附圖中圖1到6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直排列碳納米管的方法；圖7為一照片，其中CNT生長(zhǎng)在基板上，基板上催化劑金屬層使用熱化學(xué)氣相淀積(CVD)形成；圖8和9為照片，其中催化劑金屬顆粒粘在生長(zhǎng)的CNT的兩端；圖10為照片，其中基板上圖案化的催化劑金屬層形成并且CNT生長(zhǎng)在催化劑金屬層上；以及圖11和12是照片，示出已垂直排列在陰極上的碳納米管(CNT)束。
具體實(shí)施例方式
圖1到6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直排列碳納米管(CNT)的方法。參照?qǐng)D1，金屬層110形成在基板100上。具體地，預(yù)定的催化劑金屬使用磁控管濺射或電子束蒸鍍(e-beam evaporation)沉積在基板100上，因此形成催化劑金屬層110，CNT在其上生長(zhǎng)。這里，催化劑金屬可以是選自包括Fe、Ni以及Co的組中的至少一種金屬。
參照?qǐng)D2，碳納米管(CNT)120使用化學(xué)氣相淀積(CVD)垂直生長(zhǎng)在催化劑金屬層110上。這里，CNT 120可以使用熱CVD或等離子體增強(qiáng)CVD(PE CVD)生長(zhǎng)。具體地，在使用熱CVD的CNT生長(zhǎng)中，CNT的生長(zhǎng)均勻性很高并且比PE CVD中具有更小直徑的CNT能夠生長(zhǎng)使得能夠形成具有低的開啟電壓(turn on voltage)的CNT。在使用PE CVD的CNT生長(zhǎng)中，CNT能夠垂直于基板生長(zhǎng)并且能夠以較低溫度進(jìn)行合成。CNT的垂直生長(zhǎng)依賴于施加在PE CVD系統(tǒng)中的陽(yáng)極和陰極之間的電場(chǎng)的方向。這樣，CNT的生長(zhǎng)方向能夠根據(jù)電場(chǎng)的方向進(jìn)行調(diào)整。另外，因?yàn)镃NT的生長(zhǎng)方向是均勻的，CNT的生長(zhǎng)密度能夠容易地被調(diào)整并且電子能夠容易地通過電場(chǎng)被發(fā)射。
如果CNT 120以這種方式使用CVD垂直生長(zhǎng)在形成在基板100上的催化劑金屬層110上，催化劑金屬顆粒111粘在生長(zhǎng)的CNT 120的兩端的每端上。
圖7為照片，其中CNT 120垂直生長(zhǎng)形成在基板100上的催化劑金屬層110上。圖8和9示出了圖7中所示的CNT 120的放大的平面圖和橫截面圖。參照?qǐng)D8和9，催化劑金屬顆粒111(黑色部分)粘在已垂直生長(zhǎng)在形成在基板100上的催化劑金屬層110上的CNT 120的兩端上。金屬薄膜(未示出)可沉積在CNT 120的上端，從而CNT 120能夠通過施加在后面將描述的電解液(圖5中的160)內(nèi)的電場(chǎng)容易地附著到陰極180。
以這種方式在基板100上垂直生長(zhǎng)的CNT 120使用超聲波以束的形式從基板100分離。這里，如果超聲波施加到CNT 120和基板100大約2到3分鐘，CNT 120能夠以束的形式從基板100分離。
CNT可以以束的形式形成在圖案化在基板100上的催化劑金屬層110上。具體地，參照?qǐng)D3，以預(yù)定形狀圖案化的催化劑金屬層110形成在基板100上。這里，圖案化的催化劑金屬層110可通過在基板100的表面上沉積預(yù)定的催化劑金屬以及以預(yù)定的形狀如圓點(diǎn)形狀圖案化沉積的催化劑金屬形成。參照?qǐng)D4，CNT 120可使用上述CVD生長(zhǎng)在圖案化的催化劑金屬層110上。這樣，碳納米管(CNT)束130垂直生長(zhǎng)在圖案化的催化劑金屬層110上。催化劑金屬顆粒111也粘在以上述束形式生長(zhǎng)的CNT 120的兩端上。圖10為照片，其中CNT束130生長(zhǎng)在圖案化在基板100上的催化劑金屬層110上。上述金屬薄膜可以沉積在CNT束130的上端。
接著，形成在圖案化在基板100上的催化劑金屬層110上的CNT束使用超聲波與基板100分離。在這種方式中，如果圖案化在基板100上的催化劑金屬層110形成并且CNT束130形成在催化劑金屬層110上且與基板100分離，就能夠得到由預(yù)定數(shù)量的碳納米管120形成的CNT束130。
參照?qǐng)D5，與基板100分離的CNT束130被放入裝在容器150內(nèi)的電解液160內(nèi)。這里，電解液160可以為異丙醇(IPA)。具有正(+)電荷的充電物包括在電解液160內(nèi)。在電解液160內(nèi)部?jī)蛇吿峁┯须姌O對(duì)170和180。接著，放入電解液160中的CNT束130與充電物相互混合，由此CNT束130帶電為正(+)。具體地，如果超聲波以預(yù)定的時(shí)間量施加到CNT束130和包括有充電物的電解液160，充電物與粘在CNT束130兩端的催化劑金屬顆粒111混合，由此CNT束130的兩端帶電為正(+)。接下來，CNT束130利用電泳垂直附著在電極對(duì)170和180中的一個(gè)電極180的表面上。具體地，如果預(yù)定電壓，例如大約25到35V，優(yōu)選地，大約30V，施加到電極對(duì)170和180之間，電極對(duì)170和180之間形成電場(chǎng)，并且由于電場(chǎng)的形成，帶電為正(+)的CNT束130的一端附著到具有陰極180和陽(yáng)極170的電極對(duì)170和180的陰極180的表面上。因而，CNT束130垂直附著到陰極180的表面上。這里，電解液160內(nèi)的該電極對(duì)170和180之間流動(dòng)的電流可為5-10mA。交流(AC)電壓以及直流(DC)電壓可施加在該電極對(duì)170和180之間。
如果CNT束130使用電泳附著到陰極180的表面上，如圖6所示，可以得到已垂直排列在陰極180上的CNT束130。
圖11和12是照片，其中CNT束使用電泳附著到陰極的表面上。參照?qǐng)D11和12，CNT束可垂直排列在陰極的表面上。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的垂直排列碳納米管的方法中，以高溫垂直生長(zhǎng)的CNT利用電泳在低溫自我裝配在電極的表面上，使得CNT能垂直排列在電極上。因而，能夠制造具有好品質(zhì)的已垂直和很好排列的CNT陣列。
盡管本發(fā)明參照其示例性實(shí)施例進(jìn)行了特定示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所定義的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種垂直排列碳納米管的方法，所述方法包括在其上形成有催化劑金屬層的基板上生長(zhǎng)碳納米管；以束的形式從所述基板分離所述生長(zhǎng)的碳納米管；將所述分離的碳納米管束放入其中已放入充電物的電解液中，將所述碳納米管束與所述充電物混合，并且使所述碳納米管束帶電；及將所述帶電的碳納米管束利用電泳垂直附著到電極的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中催化劑金屬顆粒粘在所述生長(zhǎng)的碳納米管的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的所述方法，其中所述充電物與粘在所述碳納米管的兩端的所述催化劑金屬顆?；旌喜⑶沂顾鎏技{米管束的所述兩端帶電為正(+)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的所述方法，其中當(dāng)預(yù)定電壓施加到提供在所述電解液中的電極對(duì)之間時(shí)，帶電為正(+)的所述碳納米管束的一端附著到所述電極對(duì)的陰極的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的所述方法，其中直流電或交流電施加在所述電極對(duì)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的所述方法，其中25至35V的電壓施加在所述電極對(duì)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的所述方法，其中所述電極對(duì)之間流動(dòng)的電流為5至10mA。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中所述催化劑金屬層通過在所述基板上沉積預(yù)定的催化劑金屬形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中所述催化劑金屬層通過在所述基板上沉積預(yù)定的催化劑金屬以及以預(yù)定的形狀圖案化所述沉積的催化劑金屬形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中所述催化劑金屬層由選自包括Fe、Ni和Co的組中的至少一種金屬形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中所述碳納米管利用CVD在所述催化劑金屬層上垂直生長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中金屬薄膜沉積在已經(jīng)生長(zhǎng)在所述基板上的所述碳納米管的上端。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中已經(jīng)生長(zhǎng)在所述催化劑金屬層上的所述碳納米管利用超聲波以束的形式從所述基板分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中所述電解液為異丙醇(IPA)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的所述方法，其中放入所述電解液內(nèi)的所述碳納米管束利用超聲波與所述充電物混合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種垂直排列碳納米管的方法。該方法包括在形成有催化劑金屬層的基板上生長(zhǎng)碳納米管；以束的形式從該基板分離生長(zhǎng)的碳納米管；在放入有充電物的電解液內(nèi)放入分離的碳納米管束，將碳納米管與充電物混合，并且使碳納米管束帶電；以及將帶電的碳納米管束利用電泳垂直附著到電極的表面上。
文檔編號(hào)C25D13/00GK1797660SQ20051013101
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月18日
發(fā)明者金夏辰, 陳勇完, 韓仁澤, 李亢雨 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社