基于超顺排碳纳米管网络的微纳结构制备

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超顺排碳纳米管薄膜的发现及其大面积、均一制备的实现为该材料体系的进一步应用提供了良好的基础。在此基础之上,本文将超顺排碳纳米管薄膜的相应微纳米结构转移至金属、半导体和介质等材料上面,突破以往超顺排碳纳米管薄膜为一单纯碳材料体系的限制。主要的研究工作如下:利用超顺排碳纳米管薄膜作为刻蚀掩模,通过反应离子刻蚀,将其微纳米结构转移至薄层金属上,构建金属纳米线网络格栅体系。根据制备方法的不同,该制备过程可以在金、铜和铝等常见的金属材料体系上实现。其中,获得的金属纳米线尺度均在纳米量级,且一次刻蚀成型的制备方案保证了纳米线之间无交结存在,超顺排碳纳米管薄膜作为刻蚀掩蔽的相关作用得到了证明。通过改变超顺排碳纳米管刻蚀掩模形貌的方法对金属纳米线网络格栅结构进行调控。利用超顺排碳纳米管薄膜可以自支撑悬空制备的特点,通过激光烧蚀的方法对其表面形貌进行改变,实现了对金属纳米线网络格栅线密度及周期的规则调控。该金属纳米线网络格栅材料体系可作为透明导电材料,其电阻和光学透过率可以进行有效的调节。对于金纳米线网络格栅来说,方块电阻为78.2Ω的情况下,其光学透过率可以达到87.6%。在半导体砷化镓材料上制备了微纳米结构。与未经微纳米结构制备的砷化镓材料相比,由于表面全反射条件的改变,表面具有超顺排碳纳米管薄膜微纳米结构的砷化镓材料的出光效率得到了78%的提升。此外,超顺排碳纳米管薄膜还可作为骨架支撑,用于金属纳米颗粒的制备。在半导体氮化镓材料表面上利用此方法制备的金纳米颗粒尺度在纳米量级,并规整的沿着超顺排碳纳米管的分布方向均一排列。表面金纳米颗粒的制备对于氮化镓材料光取出效率的提升有着明显的帮助。由于超顺排碳纳米管薄膜可以实现大面积的均一制备,利用此种制备方案,可以实现在金属、半导体和介质上的微纳米结构的大面积、均一制备,且其微纳米结构的特征尺寸均在纳米量级。这种方法改善了以往微纳米结构制备方法效率较低的缺点,在多种材料体系上,实现了宏观制备的超顺排碳纳米管微纳米结构体现出了较为优异的相关性质。
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