碳纳米管阵列制备及碳纳米管向金刚石的相变

摘要

薄膜催化剂化学气相沉积(CVD)法是制备高定向阵列式碳纳米管的有效方法之一。金属催化剂薄膜的制备一般采用物理气相沉积(PVD)法,PVD的基底温度决定了薄膜的生长方式和薄膜的表面形貌,进而影响薄膜的催化性能。但目前国内外对这方面的研究还较少。
　　 在薄膜催化剂化学气相沉积(CVD)法是制备定向阵列式碳纳米管过程中,通入NH3对催化剂薄膜进行前期处理可以促进碳纳米管的定向生长,但由于实验设备和采用参数的差异,目前研究者们对NH3的作用机理及重要性还没有统一的认识。
　　 本文采用金属蒸汽真空弧等离子沉积系统(MEWA),以单晶硅片为基底,在不同基体温度下沉积了纯Fe纳米膜,并以纯Fe纳米膜为催化剂采用CVD法制备碳纳米管,研究了不同基底温度下Fe纳米膜的生长模式及其表面形貌,揭示了PVD基底温度对Fe纳米膜的催化性能的影响规律以及NH3前处理对碳纳米管及其定向生长的重要性。
　　 实验和理论证明,碳纳米管可以向金刚石相变,相关学者利用射频氢等离子体的诱导技术成功获得了金刚石纳米线,甚至金刚石单晶纳米棒。微波等离子体比直流射频等离子体具有较高能量和离子密度,微波辅助CVD法在制备金刚石薄膜中已被广泛采用,因此如何将这种高效的等离子体用于碳纳米管向金刚石相变是非常有意义的。
　　 本文采用多功能微波等离子体设备对碳纳米管进行了微波氢等离子体处理,研究了经微波等离子体处理后,碳纳米管被刻蚀及相变的情况,对微波氢等离子体促使碳纳米管向金刚石相变提供了实验参考。