以常壓熱化學氣相沉積法由乙炔成長奈米碳管之研究

Synthesis of Carbon Nanotubes over Sol-Gel Deposited Substrates from Acetylene by Thermal Chemical Vapor Deposition

本研究以溶膠—凝膠法（sol-gel method）製備之鎳觸媒，旋轉塗佈於矽基板上，經線上還原後，以常壓熱化學氣相沉積法（atmospheric thermal CVD）由乙炔成長奈米碳管（carbon nanotubes, CNT）。研究結果發現：1. 觸媒前處理時間、氣體流量、溫度、氣體種類、混合比等製程參數，可用以控制CNT 之直徑。前處理溫度為800oC，添加氫氣最適作用時間約10~20分鐘；2. 沉積反應條件之掌控對CNT 產物的形態至為關鍵。成長溫度為800 oC，此時成長速率最快，CNT 在基板分佈密度最高；成長CNT 時，添加氫氣有助於CNT 管徑的控制，避免過多的竹節與彎曲形態產物發生；碳源與氫氣（C2H2/H2）最適比例約為0.1，如欲以thermal CVD系統達成奈米碳管的準直成長（aligned growth），則必須更精確掌控金屬觸媒的分散狀態（顆粒大小、分佈均勻性等）及控制CNT 的成長速度。所成長之奈米碳管，以拉曼光譜分析，顯示兩個峰值，分別是1305 cm-1 與1560 cm-1，證明產物為多壁奈米碳管，含有多量的石墨態非晶形沉積物。