专利名称：使用电泳垂直排列碳纳米管的方法
技术领域：
本发明涉及排列碳纳米管的方法，更具体地，涉及使用电泳垂直排列碳纳米管的方法。
背景技术：
自从了解了CNT的独特的结构以及电子特征之后，碳纳米管(CNT)已使用到各种元件中，诸如场发射显示器(FED)、用于液晶显示器(LCD)的背光、纳米电子装置、激励器以及电池等。
FED是一种显示装置，从形成在阴极上的发射器发射电子并且用形成在阳极上的荧光层碰撞电子。现在，具有高电子发射特性的碳纳米管(CNT)已被广泛用作FED的发射器。使用CNT当作发射器的FED具有宽视角、高分辨率、低功率以及高温稳定性等，并且因此可用在很多领域，如用于汽车导航设备或者电子图像设备的取景器等。特别地，FED能够用作个人电脑(PC)、个人数字助理(PDA)终端、医药设备或高清晰度电视(HDTV)等中的可替换显示设备。
为制造具有更高性能的FED，用作发射器的CNT应该具有低驱动电压以及高发射电流。为此，CNT应该在阴极上垂直排列。即，即使CNT具有相同的成分，发射电流根据其排列状态改变。因此，为增加发射电流，尽可能多的CNT垂直排列在阴极上是更为可取的。
发明内容
本发明提供了在低温下使用电泳垂直排列已经以高温垂直生长的碳纳米管(CNT)的方法。
根据本发明的一个方面，提供了垂直排列碳纳米管的方法，该方法包括在形成催化剂金属层的基板上生长碳纳米管；以束的形式(bundle shape)从该基板分离该生长的碳纳米管；将所分离的碳纳米管束放入已放入充电物(charger)的电解液中，将碳纳米管束与充电物混合，并且使碳纳米管束带电；以及使用电泳将带电的碳纳米管束垂直附到电极的表面。
催化剂金属颗粒可粘在生长的碳纳米管的两端。充电物可与粘在碳纳米管的两端的催化剂金属颗粒混合并且可使碳纳米管束的两端带电为正(+)。
当预定电压施加到提供在电解液内的一电极对之间时，带电为正(+)的碳纳米管束的一端可附着到该电极对的阴极的表面上。在这种情形下，直流电或交流电可以施加到该电极对之间。
催化剂金属层可通过在基板上沉积预定的催化剂金属形成。另外，催化剂金属层可通过在基板上沉积预定的催化剂金属以及以预定的形状图案化沉积的催化剂金属形成。
催化剂金属层可由选自包括Fe、Ni和Co的组中的至少一种金属形成。
碳纳米管可使用CVD在催化剂金属层上垂直生长。金属薄膜可沉积在已经生长在基板上的碳纳米管的上端。
已经生长在催化剂金属层上的碳纳米管可使用超声波以束的形式从基板分离，并且放入电解液内的碳纳米管束可使用超声波与充电物混合。
通过参照下述附图对示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他方面将变得更加显而易见，附图中图1到6示出了根据本发明实施例的垂直排列碳纳米管的方法；图7为一照片，其中CNT生长在基板上，基板上催化剂金属层使用热化学气相淀积(CVD)形成；图8和9为照片，其中催化剂金属颗粒粘在生长的CNT的两端；图10为照片，其中基板上图案化的催化剂金属层形成并且CNT生长在催化剂金属层上；以及图11和12是照片，示出已垂直排列在阴极上的碳纳米管(CNT)束。
具体实施例方式
图1到6示出了根据本发明实施例的垂直排列碳纳米管(CNT)的方法。参照图1，金属层110形成在基板100上。具体地，预定的催化剂金属使用磁控管溅射或电子束蒸镀(e-beam evaporation)沉积在基板100上，因此形成催化剂金属层110，CNT在其上生长。这里，催化剂金属可以是选自包括Fe、Ni以及Co的组中的至少一种金属。
参照图2，碳纳米管(CNT)120使用化学气相淀积(CVD)垂直生长在催化剂金属层110上。这里，CNT 120可以使用热CVD或等离子体增强CVD(PE CVD)生长。具体地，在使用热CVD的CNT生长中，CNT的生长均匀性很高并且比PE CVD中具有更小直径的CNT能够生长使得能够形成具有低的开启电压(turn on voltage)的CNT。在使用PE CVD的CNT生长中，CNT能够垂直于基板生长并且能够以较低温度进行合成。CNT的垂直生长依赖于施加在PE CVD系统中的阳极和阴极之间的电场的方向。这样，CNT的生长方向能够根据电场的方向进行调整。另外，因为CNT的生长方向是均匀的，CNT的生长密度能够容易地被调整并且电子能够容易地通过电场被发射。
如果CNT 120以这种方式使用CVD垂直生长在形成在基板100上的催化剂金属层110上，催化剂金属颗粒111粘在生长的CNT 120的两端的每端上。
图7为照片，其中CNT 120垂直生长形成在基板100上的催化剂金属层110上。图8和9示出了图7中所示的CNT 120的放大的平面图和横截面图。参照图8和9，催化剂金属颗粒111(黑色部分)粘在已垂直生长在形成在基板100上的催化剂金属层110上的CNT 120的两端上。金属薄膜(未示出)可沉积在CNT 120的上端，从而CNT 120能够通过施加在后面将描述的电解液(图5中的160)内的电场容易地附着到阴极180。
以这种方式在基板100上垂直生长的CNT 120使用超声波以束的形式从基板100分离。这里，如果超声波施加到CNT 120和基板100大约2到3分钟，CNT 120能够以束的形式从基板100分离。
CNT可以以束的形式形成在图案化在基板100上的催化剂金属层110上。具体地，参照图3，以预定形状图案化的催化剂金属层110形成在基板100上。这里，图案化的催化剂金属层110可通过在基板100的表面上沉积预定的催化剂金属以及以预定的形状如圆点形状图案化沉积的催化剂金属形成。参照图4，CNT 120可使用上述CVD生长在图案化的催化剂金属层110上。这样，碳纳米管(CNT)束130垂直生长在图案化的催化剂金属层110上。催化剂金属颗粒111也粘在以上述束形式生长的CNT 120的两端上。图10为照片，其中CNT束130生长在图案化在基板100上的催化剂金属层110上。上述金属薄膜可以沉积在CNT束130的上端。
接着，形成在图案化在基板100上的催化剂金属层110上的CNT束使用超声波与基板100分离。在这种方式中，如果图案化在基板100上的催化剂金属层110形成并且CNT束130形成在催化剂金属层110上且与基板100分离，就能够得到由预定数量的碳纳米管120形成的CNT束130。
参照图5，与基板100分离的CNT束130被放入装在容器150内的电解液160内。这里，电解液160可以为异丙醇(IPA)。具有正(+)电荷的充电物包括在电解液160内。在电解液160内部两边提供有电极对170和180。接着，放入电解液160中的CNT束130与充电物相互混合，由此CNT束130带电为正(+)。具体地，如果超声波以预定的时间量施加到CNT束130和包括有充电物的电解液160，充电物与粘在CNT束130两端的催化剂金属颗粒111混合，由此CNT束130的两端带电为正(+)。接下来，CNT束130利用电泳垂直附着在电极对170和180中的一个电极180的表面上。具体地，如果预定电压，例如大约25到35V，优选地，大约30V，施加到电极对170和180之间，电极对170和180之间形成电场，并且由于电场的形成，带电为正(+)的CNT束130的一端附着到具有阴极180和阳极170的电极对170和180的阴极180的表面上。因而，CNT束130垂直附着到阴极180的表面上。这里，电解液160内的该电极对170和180之间流动的电流可为5-10mA。交流(AC)电压以及直流(DC)电压可施加在该电极对170和180之间。
如果CNT束130使用电泳附着到阴极180的表面上，如图6所示，可以得到已垂直排列在阴极180上的CNT束130。
图11和12是照片，其中CNT束使用电泳附着到阴极的表面上。参照图11和12，CNT束可垂直排列在阴极的表面上。
如上所述，在根据本发明的垂直排列碳纳米管的方法中，以高温垂直生长的CNT利用电泳在低温自我装配在电极的表面上，使得CNT能垂直排列在电极上。因而，能够制造具有好品质的已垂直和很好排列的CNT阵列。
尽管本发明参照其示例性实施例进行了特定示出和描述，本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的权利要求所定义的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种垂直排列碳纳米管的方法，所述方法包括在其上形成有催化剂金属层的基板上生长碳纳米管；以束的形式从所述基板分离所述生长的碳纳米管；将所述分离的碳纳米管束放入其中已放入充电物的电解液中，将所述碳纳米管束与所述充电物混合，并且使所述碳纳米管束带电；及将所述带电的碳纳米管束利用电泳垂直附着到电极的表面上。
2.根据权利要求1的所述方法，其中催化剂金属颗粒粘在所述生长的碳纳米管的两端。
3.根据权利要求2的所述方法，其中所述充电物与粘在所述碳纳米管的两端的所述催化剂金属颗粒混合并且使所述碳纳米管束的所述两端带电为正(+)。
4.根据权利要求3的所述方法，其中当预定电压施加到提供在所述电解液中的电极对之间时，带电为正(+)的所述碳纳米管束的一端附着到所述电极对的阴极的表面上。
5.根据权利要求4的所述方法，其中直流电或交流电施加在所述电极对之间。
6.根据权利要求5的所述方法，其中25至35V的电压施加在所述电极对之间。
7.根据权利要求6的所述方法，其中所述电极对之间流动的电流为5至10mA。
8.根据权利要求1的所述方法，其中所述催化剂金属层通过在所述基板上沉积预定的催化剂金属形成。
9.根据权利要求1的所述方法，其中所述催化剂金属层通过在所述基板上沉积预定的催化剂金属以及以预定的形状图案化所述沉积的催化剂金属形成。
10.根据权利要求1的所述方法，其中所述催化剂金属层由选自包括Fe、Ni和Co的组中的至少一种金属形成。
11.根据权利要求1的所述方法，其中所述碳纳米管利用CVD在所述催化剂金属层上垂直生长。
12.根据权利要求1的所述方法，其中金属薄膜沉积在已经生长在所述基板上的所述碳纳米管的上端。
13.根据权利要求1的所述方法，其中已经生长在所述催化剂金属层上的所述碳纳米管利用超声波以束的形式从所述基板分离。
14.根据权利要求1的所述方法，其中所述电解液为异丙醇(IPA)。
15.根据权利要求1的所述方法，其中放入所述电解液内的所述碳纳米管束利用超声波与所述充电物混合。
全文摘要
本发明提供一种垂直排列碳纳米管的方法。该方法包括在形成有催化剂金属层的基板上生长碳纳米管；以束的形式从该基板分离生长的碳纳米管；在放入有充电物的电解液内放入分离的碳纳米管束，将碳纳米管与充电物混合，并且使碳纳米管束带电；以及将带电的碳纳米管束利用电泳垂直附着到电极的表面上。
文档编号C25D13/00GK1797660SQ20051013101
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月2日 优先权日2004年12月18日
发明者金夏辰, 陈勇完, 韩仁泽, 李亢雨 申请人:三星Sdi株式会社