一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的方法技术

本发明专利技术公开一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的方法，包括：a)利用原子力显微镜探针1拔取多壁碳纳米管；b)将所述的多壁碳纳米管搭接到原子力显微镜探针2上，将其拉断；c）将两段多壁碳纳米管相接触，通过扫描电镜聚焦电子束沉积到连接处，使两段悬挂的碳碳键恢复，进而融合碳纳米管；d)再次拉断融合后的多壁碳纳米管；e)将拉断的两段多壁纳米管断裂端相接触，接触后关闭电子枪，打开电子枪后拉断接触的多壁碳纳米管。本发明专利技术满足实现用碳纳米管制备纳米器件的精确任意角度连接从而满足纳米装置制造的要求，实现低温可控的碳纳米管连接方法，并且在高分辨率(1.5nm)的扫描电子显微镜下可以精确的对某个融合点进行碳纳米管的互连。

Technology for carbon carbon nano tube fusion using electron beam irradiation

The invention discloses a technique, electron beam irradiation, the carbon carbon bond fusion of carbon nanotubes: a) using atomic force microscope probe with 1 multi walled carbon nanotubes; b) the multi wall carbon nano lap to the atomic force microscope probe, the C will be two) breaking; multi walled carbon nanotube contact junction through scanning electron microscope focusing electron beam deposition, the two section suspended carbon carbon bonds and carbon nanotubes, fusion; d) again pulled off after fusion of multi walled carbon nanotubes; E) will break two MWNT fracture is contacted with the contact, after the closure of the electron gun, open the electron gun after breaking contact with multi walled carbon nanotubes. The invention can realize the preparation of nano devices with carbon nanotubes precisely any angle connection so as to meet the requirements of nano device manufacturing, connection method for low temperature controlled carbon nanotubes, and in high resolution (1.5nm) interconnection under the scanning electron microscope can accurately using carbon nanotubes to a fusion point.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米互连
，具体涉及一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术。
技术介绍
21世纪随着纳米技术的发展和电子器件尺寸走向尺寸极限，为了满足快速发展的需求对器件尺寸微型化、功能化、集成化需求的增加，利用纳米技术制造更加微小的纳米器件是一个大的发展趋势，能够推动人类社会智能，绿色环保，节能低耗等发展目标。纳米技术作为发展的重要技术手段，要进一步提高发展纳米尺寸互连技术是推动纳米材料和同一芯片内各个独立的元器件连接的关键。而碳纳米管其特殊的电学，机械性能可以作为连接材料。碳纳米管直径在几纳米到一百纳米范围内，处于纳米尺度范围，在众多的纳米材料中日益引起世界的关注，并取得了重大进展。为了进一步迅速减小电子装置的尺寸，可利用碳纳米管的独特性能制作和连接纳米器件，进而需要研究碳纳米管的互连技术。碳纳米管分为单壁和多壁，多壁碳纳米管由多层同轴的卷曲的石墨烯层构成，石墨烯层中的碳原子都有碳碳键连接。碳纳米管的互连技术需要纳米级的操控来进行纳米管间的组装，连接等工序，可推动规模化应用。进来可控的碳纳米管连接方法包括焦耳热焊接，电子束焊接，原子力显微镜焊接，但是各有利弊，例如存在着过度融化、对碳纳米管本身有所损伤以及对基板损伤重大，并且对碳纳米的几何形状，相对位置和接触间隙有很大影响。但是通过电子束辐照对碳纳米管的碳碳键进行融合，可以更加随意、灵活，形成任意互连角度，并且对碳纳米管几乎无损伤且无需利用其他材料，融合方法方便省事省时，有很大的发展空间。
技术实现思路
有鉴于此提供了一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，将两段多壁碳纳米管相接触，通过扫描电镜聚焦电子束辐照在连接处，辐照的电子束的电子能部分转化成碳原子核外电子的电子能，根据能量守恒定律使碳原子的核外电子吸收能量，内层电子向外层跃迁，提高核外电子的振动速率和运动范围，使两段不同的碳纳米管碳原子外围电子层的电子能量增加，电子运动能力增强，形成共价键的概率变大，促进碳碳化学键的结合，增加碳碳键形成的概率，进而促进碳纳米管重新结晶，融合碳纳米管，通过设计检测实验观测不同条件拉断多壁碳纳米管时，探针的挠度变化进而证明碳碳键融合连接碳纳米管的技术的可行性，通过利用该技术实现碳纳米管的融合互连，实现对融合对碳纳米管融合强度和融合位置的控制。基本技术方案是：a)利用原子力显微镜探针1拔取多壁碳纳米管；b)将所述的多壁碳纳米搭接到原子力显微镜探针2上，将其拉断；c)将两段多壁碳纳米管相接触，通过扫描电镜聚焦电子束辐照在连接处，辐照的电子束的电子能部分转化成碳原子核外电子的电子能，根据能量守恒定律使碳原子的核外电子吸收能量，内层电子向外层跃迁，提高核外电子的振动速率和运动范围，使两段不同的碳纳米管碳原子外围电子层的电子能量增加，电子运动能力增强，形成共价键的概率变大，促进碳碳化学键的结合，增加碳碳键形成的概率，进而促进碳纳米管重新结晶，融合碳纳米管；d)再次拉断融合后的多壁碳纳米管；e)将拉断的两段多壁纳米管断裂端相接触,接触后关闭电子枪，打开电子枪后拉断接触的多壁碳纳米管。作为优选，步骤a)具体为：a1)原子力显微镜探针1安装在探针夹持器1上，探针夹持器1固定在纳米操作器1（SmarAct）上;a2)碳纳米管块粘在导电银胶上，导电银胶粘在纳米操作器2（Newfocus,8301-UHV）上；a3)通过纳米操作器1和纳米操作器2操作原子力显微镜探针1和碳纳米管块，使其在扫描电镜下成像并通过探针1与纳米管间的范德华力拔取多壁碳纳米管。作为优选，所述的固定纳米操作器1型号为SmartAct,分辨率为1nm,固定碳纳米管块的纳米操作器2型号为Newfocus,8301-UHV，其分辨率为30nm。两个操作器安装的夹角为180°。作为优选，步骤b)具体为：b1)将原子力显微镜探针2安装在纳米夹持器2上，纳米夹持器2安装在纳米操作器3上，纳米操作器3与所述的纳米操作器1成90°夹角；b2)通过纳米操作使拔取的多壁碳纳米管的另一端通过范德华力固定在原子力探针2上；b3)从扫描电子显微镜成像中水平向右移动纳米操作器1，从而拉断多壁碳纳米管。作为优选，所述的固定纳米操作器3型号为SmartAct,分辨率为1nm。作为优选，步骤c)具体为：c1)调整纳米操作器1和纳米操作器3的位置，使两段拉断的多壁碳纳米管的拉断端对接;c2)通过扫描电子显微镜聚焦电子束沉积到到具体的连接位置1~10分钟，加速电压调整为1~20kV,对拉断的断裂碳碳键进行融合。作为优选，步骤d)具体为：在扫描电子显微镜成像中水平向右移动纳米操作器1，从而拉断多壁碳纳米管。作为优选，步骤e)具体为:e1)调整纳米操作器1和纳米操作器3的位置，使两段拉断的多壁碳纳米管的拉断端对接;e2)关闭电子枪1~10分钟;e3)打开电子枪后在扫描电子显微镜成像中水平向右移动纳米操作器1，从而拉断多壁碳纳米管。作为优选，所述操作在扫描电子显微镜中真空环境进行，工作距离为5~11mm、放大倍数1~10K。本专利技术还提供了一种碳纳米管连接方法，是上述碳纳米管融合技术的应用，一种碳纳米管连接方法，包括：将两个或多个碳纳米管按需求角度置于同一平面进行对接；在所述碳纳米管对接处使用权利要求1所述的方法形成两个或多个碳纳米管的连接。本专利技术是基于扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)下利用聚焦电子束辐照融合碳纳米管中碳碳键。该方法实现用碳纳米管制备纳米器件的精确任意角度控制从而满足纳米装置制造的要求，实现低温可控的碳纳米管连接方法，并且在高分辨率(1.5nm)的扫描电子显微镜下可以精确的对某个融合点进行碳纳米管的互连。附图说明附图1：本专利技术提供的多壁碳纳米管融合过程示意图；图中：1原子力显微镜探针1，2断裂多壁碳纳米管1，3断裂多壁碳纳米管2，4原子力显微镜探针2，5纳米操作器3，6聚焦电子束，7纳米操作器1附图2：本专利技术提供的拔取多壁碳纳米过程电镜图；图中：8碳纳米管块，9多壁碳纳米管附图3：本专利技术提供的碳纳米管搭接电镜图；附图4：本专利技术提供的碳纳米管拉伸过程电镜图；附图5：本专利技术提供的两个断裂碳纳米管正向搭接示意图；附图6：本专利技术提供的两个断裂碳纳米管测向搭接示意图；附图7：多壁和单壁碳纳米管结构示意图；附图8：碳纳米管对接与融合示意图。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提供了一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，包括：a)利用原子力显微镜探针1（1）拔取多壁碳纳米管（9）；b)将所述的多壁碳纳米（9）搭接到原子力显微镜探针2上（4），将其拉断；c)将两段多壁碳纳米管相接触，通过扫描电镜聚焦电子束辐照在连接处，辐照的电子束的电子能部分转化成碳原子核外电子的电子能，根据能量守恒定律使碳原子的核外电子吸收能量，内层电子向外层跃迁，提高核外电子的振动速率和运动范围，使两段不同的碳纳米管碳原子外围电子层的电子能量增加，电子运动能力增强，形成共价键的概率变大，促进碳碳化学键的结合，增加碳碳键形成的概率，进而促进碳纳米管重新结晶，融合碳纳米管；d)再次拉断融合后的多壁碳纳米管；e)将拉断的两段多壁纳米管断裂端相接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，其特征在于，包括：a)利用原子力显微镜探针1拔取多壁碳纳米管；b)将所述的多壁碳纳米搭接到原子力显微镜探针2上，将其拉断；c）将两段多壁碳纳米管相接触，通过扫描电镜聚焦电子束辐照在连接处，辐照的电子束的电子能部分转化成碳原子核外电子的电子能，根据能量守恒定律使碳原子的核外电子吸收能量，内层电子向外层跃迁，提高核外电子的振动速率和运动范围，使两段不同的碳纳米管碳原子外围电子层的电子能量增加，电子运动能力增强，形成共价键的概率变大，促进碳碳化学键的结合，增加碳碳键形成的概率，进而促进碳纳米管重新结晶，融合碳纳米管;d)再次拉断融合后的多壁碳纳米管；e) 将拉断的两段多壁纳米管断裂端相接触,接触后关闭电子枪，打开电子枪后拉断接触的多壁碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，其特征在于，包括：a)利用原子力显微镜探针1拔取多壁碳纳米管；b)将所述的多壁碳纳米搭接到原子力显微镜探针2上，将其拉断；c）将两段多壁碳纳米管相接触，通过扫描电镜聚焦电子束辐照在连接处，辐照的电子束的电子能部分转化成碳原子核外电子的电子能，根据能量守恒定律使碳原子的核外电子吸收能量，内层电子向外层跃迁，提高核外电子的振动速率和运动范围，使两段不同的碳纳米管碳原子外围电子层的电子能量增加，电子运动能力增强，形成共价键的概率变大，促进碳碳化学键的结合，增加碳碳键形成的概率，进而促进碳纳米管重新结晶，融合碳纳米管;d)再次拉断融合后的多壁碳纳米管；e)将拉断的两段多壁纳米管断裂端相接触,接触后关闭电子枪，打开电子枪后拉断接触的多壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，其特征在于，步骤a)具体为：a1)原子力显微镜探针1安装在探针夹持器1上，探针夹持器1固定在纳米操作器1（SmarAct）上;a2)碳纳米管块粘在导电银胶上，导电银胶粘在纳米操作器2（Newfocus,8301-UHV）上；a3)通过纳米操作器1和纳米操作器2操作原子力显微镜探针1和碳纳米管块，使其在扫描电镜下成像并通过探针1与碳纳米管间的范德华力拔取多壁碳纳米管。3.根据权利要求2所述的一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，其特征在于，所述的纳米操作器1型号为SmartAct,分辨率为1nm,固定碳纳米管块的纳米操作器2型号为（Newfocus,8301-UHV），其分辨率为30nm，两个操作器安装的夹角为180°。4.根据权利要求1所述的一种利用电子束辐照碳碳键融合碳纳米管的技术，其特征在于，步骤b)具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永德，沈大明，姜金刚，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23