快速加热法制备SWNTs平行阵列研究进展SWNTs共有四种形态：稀疏网状结构、致密网状结构、近似平行阵列、完全平行阵列[8]。由于网状结构里SWNTs之间的接触增加了接触电阻，而平行阵列里SWNTs间接触较少，载流子迁移率大，因而在构造FET、TFT等电子器件时主要用SWNTs的平行阵列[9，10]。68180

2003年美国杜克大学的刘杰[11，12]等人第一次在硅片上制备出了SWNTs的平行阵列，其长度可达几百微米甚至达到毫米量级。他们用光刻的方法在镀上氧化膜的硅片上沉积出Fe/Mo催化剂纳米颗粒，以CO为碳源，利用双式炉的方法，对硅片快速加热，在大气流的引导下制备出了单壁管的平行阵列。不过快速加热法这个概念是在2004年才被正式提出来的，从此以后，快速加热法（也被称作气流诱导）和晶格诱导[13]、电场诱导[14]并列为制备SWNTs平行阵列的三个主要方法。快速加热法的原理图如图1.3.1.1所示:

快速加热法顾名思义，即在CVD（Chemical Vapor Deposition)反应过程中，对沉积有纳米催化剂颗粒的硅基片快速加热，这样硅基片上面的冷空气便会迅速向上膨胀，周围的热空气向下填充，从而形成循环对流，在对流的作用下，催化剂颗粒和CNT便会升起，从而进入较高的平流层，一旦进入平流层，CNTs就会在气流的引导下继续朝前生长，最终长出长的SWNTs平行阵列。在长度方面，快速加热法相对于晶格导向的方法具有绝对优势。晶格导向由于CNTs要依附单晶体表面某一特定晶向生长，所以CNTs生长的阻力很大，制备出来的平行阵列的长度只能达到微米量级甚至百纳米量级。然而快速加热法由于在CVD过程中会产生很强的对流，故而催化剂会被举起，而不同的催化剂跟基片的交互作用不一样，比如纳米铜与硅片的交互作用明显弱于纳米铁与硅片的交互作用。这就导致即使利用快速加热法在Fe/Mo催化剂的帮助下制备SWNTs平行阵列的工艺已经较为成熟，但是如果改用Cu催化剂，其原始工艺依然不可复制利用。比如通过实验发现如果套用Fe催化剂的制备工艺，那么在还原阶段纳米铜便会在尚未进入CVD反应阶段就已消失于硅片上了。所以针对不同的催化剂，快速加热法的工艺尚有许多值得改善的空间。论文网

然而在2004年以前，快速加热法条件下，SWNTs的生长机制一直不被人理解，直到2004年Huang[15]等人提出了“风筝模型”，快速加热条件下，SWNTs平行阵列的顶部生长机制才被人们广泛接受。

Huang等人在AFM(Atomic Force Microscope)下，在快速加热法制备出的长SWNT顶端观察到了催化剂纳米颗粒的存在，如图1.3.1.2所示。由此认为快速加热法制备出的SWNTs平行阵列都遵循顶部生长机制，同时提出了“风筝模型”。他们认为快速

加热法下生长出来的长SWNTs在生长过程中就像放风筝一样，CNT顶端的催化剂纳米颗粒就像风筝，而CNT就像风筝线，简而言之就是在CVD过程中，催化剂纳米颗粒拖着CNTs顺着气流方向生长。

2 铜催化制备SWNTs研究进展

在2006年以前，铜一直被认为是低活性催化剂，不能够用来催化制备出CNTs。比如Wei-Qiao Deng[16]和T.Guo[17]分别从理论和实验角度证明了铜不能够用来催化制备出CNTs，Deng提出了CNTs生长的两阶段机制，在这个机制了，他从价键的角度否定了Cu催化生长CNT的可能性，而T.Guo则是利用激光蒸发的方法选用多种催化剂，包括Ni、Nb、Pt、Co、Cu以及它们的混合两相催化剂，制备CNT，最终的实验结果表明Cu不具备催化制备CNTs的能力。至此关于铜催化制备CNTs的研究一直不被人们所关注。直到2006年,Daisuki Takagi[18]和Weiwei Zhou[19]先后发表文章声称利用纳米铜催化剂制备出了SWNTs的网状结构，铜催化剂又重新进入人们的视野。Daisuki在硅片表面镀上一层纳米Cu薄膜，高温氧化后，以乙醇为碳源，在850℃的CVD反应温度下制备出了SWNTs的网状结构，Weiwei Zhou则是利用液相沉积的方法在硅片上沉积出分散的纳米CuCl2颗粒，经还原后在850℃下以CH4为碳源经CVD反应制备出了SWNTs。由于Daisuki是以高温氧化后的纳米Cu为催化剂，所以认为Weiwei Zhou才是利用Cu作为催化剂生长出SWNTs的第一人。