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转换垂直阵列式碳纳米管基底的研究
摘要：
本文主要介绍了利用化学气相沉积法（CVD）在垂直阵列式碳纳米管（CNT）基底上生长纳米结构的方法和效果。首先介绍了碳纳米管的基本性质及其在电子器件和传感器等领域的应用，然后分析了传统平面基底与垂直阵列式CNT基底的优缺点。最后，介绍了利用CVD技术在垂直阵列式CNT基底上生长纳米结构的方法和研究成果，具有较高的导电性和应变传感性能。
关键词：碳纳米管、垂直阵列式、化学气相沉积、导电性、应变传感
一、简介
碳纳米管（CNT）是近年来新兴的一种纳米材料，由于其具有优异的电子、热、力学和光学性质，已经在电子器件、药物递送、传感器以及生物医学等领域发挥了重要作用。传统上，一般是利用标准微电子加工工艺在平面硅基底上制作CNT电极，但是这种方法不仅制备成本较高，而且CNT生长方向固定，限制了其在器件集成和性能优化方面的应用。而垂直阵列式CNT基底以其大面积高密度、生长方向可控等优点成为研究的热点之一。
二、平面基底与垂直阵列式CNT基底
传统的平面基底是一类较为常见的纳米管基板。与此相反的是垂直阵列式CNT基底，在该基底上CNT垂直于基底面生长，并以一定间距排列。平面基底的制备成本较高，而且CNT生长方向固定，制约了其在器件集成和性能优化方面的应用。与之相比，垂直阵列式CNT基底具有以下几个优点：
1、垂直方向上的结构使得CNT之间的静电作用可以得到最大限度的利用，因此纳米管之间的间距可以控制在亚纳米级别。
2、垂直数组结构使得CNT垂直于基板生长，其生长方向对地面仅有一个普遍的取向，因此可以在CNT之间形成较好的电子和传热性能。
3、CNT垂直阵列式基底的制备成本较低，并且可以在大面积上得到，因此能够从实际应用的角度来看，垂直阵列式CNT基底在工业化生产上具有一定的可行性。
三、化学气相沉积法在垂直阵列式CNT基底上生长纳米结构
化学气相沉积法（CVD）是一种常用的生长纳米结构的方法，其基本原理是通过化学气相反应的热解放热，使气体中的反应物在催化剂的作用下在基底表面形成纳米结构。通过化学气相沉积技术在垂直阵列式CNT基底上生长纳米结构可以得到纳米棒、纳米丝、纳米球、纳米片等不同形态的纳米结构。
实验表明，CNT热解产生的反应物和气氛中的其他纳米颗粒在所附加的金属催化剂上决定着纳米结构的生长模式和方向。基于这种现象，CVD法在垂直阵列式CNT基底上生长纳米结构的过程中，需要在基底表面放置足够多的金属催化剂。钼、镍等金属元素常常被用于制备催化剂。
四、化学气相沉积法生长纳米结构的性能评价
通过上述研究，在垂直阵列式CNT基底上成功实现了纳米结构的生长，同时，对生长的结构进行了性能评价。可得到如下结论：
1、生长的纳米结构具有较高的导电性和应变传感性能。CNT的纵向导电性是其电子特性的基础，而且CNT直径越小，电子自由度越高，因此其导电性能更好。
2、CNT的应变传感性能与其在压力传感器方面的应用直接相关。近年来各种基于CNT的应变传感器在高分辨率、高灵敏度等方面都取得了较好的应用效果。
3、生长的纳米结构吸收光子的能力高，因此可应用于光电器件或反应催化剂。
结论：
本文主要介绍了利用化学气相沉积法（CVD）在垂直阵列式碳纳米管（CNT）基底上生长纳米结构的方法和效果。与传统平面基底相比，垂直阵列式CNT基底具有较多的优势，同时，在生长纳米结构方面，化学气相沉积法是一种较好的方法。通过对生长结构进行的性能评价表明，生长的纳米结构具有较高的导电性和应变传感性能，具有高的实际应用价值。