一種用于碳納米管生長(zhǎng)的金屬基底的陽(yáng)極化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米管生長(zhǎng)領(lǐng)域，具體是指一種用于碳納米管生長(zhǎng)的金屬基 底陽(yáng)極化工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管（CNTs)具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征、較高的長(zhǎng)徑比、高機(jī)械強(qiáng)度、穩(wěn)定 的化學(xué)性質(zhì)，使得它在納米電子元器件、傳感器件、場(chǎng)發(fā)射器件和能源器件等領(lǐng)域的應(yīng)用得 到廣泛關(guān)注和研究。制備具有優(yōu)異物理、化學(xué)、電學(xué)與機(jī)械性能的高質(zhì)量CNTs是應(yīng)用的關(guān) 鍵。
[0003]目前在CNT薄膜的制備中，常用的是化學(xué)氣相沉積（CVD)原位生長(zhǎng)法。CVD法具有 設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、工藝參數(shù)易于控制、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于多種CNT器件的 制備中。用CVD原位生長(zhǎng)法制備碳納米管薄膜時(shí)，過(guò)渡金屬催化劑通常是不可缺少的。目 前大多使用電子束蒸鍍、熱蒸鍍、脈沖激光沉積、離子束濺射、磁控濺射等物理方法或溶液 法，將金屬催化劑(鐵、鈷、鎳等）或過(guò)渡隔離層(鈦，鋁，鉈，鎢等）分散沉積到導(dǎo)電基底(如N 型娃、導(dǎo)電玻璃等)上。由于金屬催化層與基底為不同材料，難以與表面有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致CNT 晶體性不佳、CNT與基底表面結(jié)合力弱、接觸電阻大、導(dǎo)電性不佳等缺陷，嚴(yán)重影響了CNT器 件的性能和壽命。
[0004] 因此，改進(jìn)CNT的CVD生長(zhǎng)技術(shù)、提高CNT的晶體性、提高CNT與基底表面的結(jié)合 性能是增強(qiáng)CNT實(shí)用性的一個(gè)重要途徑。
[0005] 在含催化金屬（如鎳、鐵等）的金屬基底上直接生長(zhǎng)碳納米管，具有制備與基底結(jié) 合性能優(yōu)越的CNT薄膜的潛力。但由于該類型基底的表面平滑，局部曲率半徑大，增加了生 長(zhǎng)強(qiáng)附著碳納米管的難度。同時(shí)，該類基底催化劑含量大，受熱時(shí)不易控制金屬表面裂分的 顆?；驁F(tuán)聚物的尺度，進(jìn)而不易控制碳納米管的直徑，易造成碳管晶體性差、分布不均勻、 邊緣化生長(zhǎng)效應(yīng)明顯等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，而提供一種用于碳納米管 生長(zhǎng)的金屬基底的陽(yáng)極化工藝，通過(guò)該工藝，使金屬基底表面形貌發(fā)生改變，增大了比表面 積和多孔性，使金屬基底表面適合碳納米管生長(zhǎng)的自然點(diǎn)位均勻并增多，導(dǎo)致催化劑在高 溫時(shí)能夠分裂成均勻納米級(jí)大小的顆粒，將其應(yīng)用于碳納米管生長(zhǎng)時(shí)，碳納米管從與金屬 基底一體的表面均勻催化劑金屬顆粒上生長(zhǎng)，有效增大了結(jié)合力，降低了接觸電阻與熱阻， 改善了碳管的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能性。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是所述的金屬基底為含有碳納米管化學(xué)氣相 沉積反應(yīng)的催化金屬的金屬基底，該催化金屬為鐵、鈷或鎳，其工藝步驟包括有： 直流電源正極連接金屬基底構(gòu)成陽(yáng)極，以其他導(dǎo)電基片為陰極，兩極均浸沒(méi)在電解液 中形成回路，電解液為用酸、堿、鹽的溶液，陽(yáng)極鈍化反應(yīng)發(fā)生在金屬基底與電解液接觸的 表面上，金屬基底通電后發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在外加電場(chǎng)影響下，金屬基底內(nèi)的金屬離 子自金屬點(diǎn)陣中逸脫，同時(shí)金屬基底表面得到電子產(chǎn)生氧離子，氧離子向金屬基底內(nèi)部方 向擴(kuò)張，并與金屬離子相遇時(shí)形成了金屬氧化膜，該金屬氧化膜在其成膜反應(yīng)過(guò)程所產(chǎn)生 的熱量以及其自身電阻所產(chǎn)生歐姆熱作用下分解，并最終在金屬基底表面形成致密、均勻 的多孔結(jié)構(gòu)。
[0008] 本發(fā)明的發(fā)明原理和優(yōu)點(diǎn)是：陽(yáng)極鈍化反應(yīng)發(fā)生在金屬基地與電解液接觸的表面 上，金屬基底作為陽(yáng)極，通電后發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在外加電場(chǎng)影響下，金屬離子自金 屬點(diǎn)陣中逸脫，并越過(guò)金屬氧化物界面進(jìn)入氧化膜，向外遷移或擴(kuò)散，形成孔隙，化學(xué)方程 式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于碳納米管生長(zhǎng)的金屬基底的陽(yáng)極化工藝，其特征在于：所述的金屬基底為 含有碳納米管化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的催化金屬的金屬基底，該催化金屬為鐵、鈷或鎳，其工藝 步驟包括有： 直流電源正極連接金屬基底構(gòu)成陽(yáng)極，以其他導(dǎo)電基片為陰極，兩極均浸沒(méi)在電解液 中形成回路，電解液為酸、堿、或鹽的溶液，陽(yáng)極鈍化反應(yīng)發(fā)生在金屬基底與電解液接觸的 表面上，金屬基底通電后發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在外加電場(chǎng)影響下，金屬基底內(nèi)的金屬離 子自金屬點(diǎn)陣中逸脫，同時(shí)在金屬基底表面得到電子產(chǎn)生氧離子，氧離子向金屬基底內(nèi)部 方向擴(kuò)張，并與金屬離子相遇時(shí)形成了金屬氧化膜，該金屬氧化膜在其成膜反應(yīng)過(guò)程所產(chǎn) 生的熱量以及其自身電阻所產(chǎn)生焦耳熱作用下分解，并最終在金屬基底表面形成致密、均 勻的多孔結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于碳納米管生長(zhǎng)的金屬基底的陽(yáng)極化工藝，其特征在 于：所述的電解液為草酸或者磷酸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于碳納米管生長(zhǎng)的金屬基底的陽(yáng)極化工藝，其特征在 于：陽(yáng)極化電壓0-100V，電流0-2A，時(shí)間0-20分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于碳納米管生長(zhǎng)的金屬基底的陽(yáng)極化工藝，所述的金屬基底為含有碳納米管化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的催化金屬的金屬基底，該催化金屬為鐵、鈷或鎳，其工藝步驟包括有：直流電源正極連接金屬基底構(gòu)成陽(yáng)極，以其他導(dǎo)電基片為陰極，兩極均浸沒(méi)在電解液中形成回路，電解液為用酸、堿、鹽的溶液，在金屬基底表面形成致密、均勻的多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明工藝使金屬基底表面適合碳納米管生長(zhǎng)的自然點(diǎn)位均勻并增多，導(dǎo)致金屬基底在高溫時(shí)能夠提供均勻納米級(jí)大小的催化顆粒，將其應(yīng)用于碳納米管生長(zhǎng)時(shí)，碳納米管從與金屬基底一體的表面均勻催化劑金屬顆粒上生長(zhǎng)，有效增大了結(jié)合力，降低了接觸電阻與熱阻，改善了碳管的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能性。
【IPC分類】C25D11-02, C23C16-26, C23C16-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104651899
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410763218
【發(fā)明人】董長(zhǎng)昆, 翟瑩
【申請(qǐng)人】溫州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月11日