SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON NANOTUBE ... · SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CARBON...

Post on 18-May-2020

8 views 0 download

transcript

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

377

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006, 377-390

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATIONOF CARBON NANOTUBE MATERIALS

(REVIEW)

V. Shanov*, Yeo-Heung Yun**,

M. J. Schulz**

*Department of Chemical and Materials Engineering

University of Cincinnati, Cincinnati (UC),

OH 45221-0012

**Department of Mechanical Engineering,

Smart Structures Bio-Nanotechnology Laboratory

University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45221-0072

E-mail: Vesselin.Shanov@uc.edu

ABSTRACT

�������������������� ������������������ ��������������������������������������� �������������� ���

��������������������������������������������������� �������������� ���������������������������� ���������

���������������������������������������� ����������������������������� �� ��������������������������

�����������������������������������������

����������������� ���������� �� �������������������������

Received 05 September 2006

Accepted 15 November 2006

TECHNIQUES FOR GROWING CARBONNANOTUBES

��������������� �������������������������

���������������������������������� ����������������

������������������������� ��������������������

�������������������������������������� ������� �

���� ���������� ���� ����������������������

������ ����� ���������������� �������!����

��� ������������������������������������ ������

����������������� ����"����������#���������#����

����� ���������� ��� � ��������������� ��������

��������������������������������������������

��������� ���" "���#������������������� ��� ���

�$��������%� ��������"���������������"�������

�������������%�������� ���� ����!������������������

������������"�������������������������������#

� ������������� ��������������������������&'�()�

�������������������� �������$�����������

����� $�� ���� �����#� ���� �� ����� &*)#� � ������ ��

���������&+#�,)#������������ �-���.����������-.�

&/#�'0)��1������ �������������������������������

2������ �-���.���������2-.��������$�����������

" "�� ������������������������������������

�����������������"���������� ���������3��

�"�#������$���������$����������������� ���������

����������������������������������4���������� �

������ ���� �������������&/#�'0)��5������� ���

�� ���������������������������$������� �������������

" ���������� �����������������������������

������6�������������������7���������#���������

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

378

Fig. 1. Schematic of a CVD reactor for carbon nanotube growth. (Sketch by S. Yarmolenko fromNCA&T State University)

���������������������������

����������������������

��� ���� ���� ���� ����� ��� ���

������ �� ��������� ���������

����������������������������

������������������� ������� #

�������� ������������������ �

�� ���������� �� � ����

�����

������� �-���.�����

�������� ������ �������� ���

������������� ��������������������������

��������������-.����4���������"���� ��������

��������� �����������������%�����������������

�������������������� �����������������������4��

� ��������������������������� �����������#������������

������ ���������������������#� ��������������

���������� ��������������������������������4��

���������-.���������������������$��������������

������� ����������� �#����� �������������������

���������������������&''#�'8#�'9)�������������������

���� ����� ���������������� �����������-.���������

���������������������� ��������������4���������

��$������������� �#����� �������������������

��������������������������7�����������������

��� ����������������$�� ������������������������

�� �����������" "����7���������#��-.��������������

�� ��������� �������6�#������������ �������������

���������������������� ����������������������

�������� �������������������:���������&'0)���-.������

�������������������������������������#����� ���#

����� ���#����6���#��������%���������� �����

���������� ����" "��������������������������

���� �� ��������� ��� ������� "�� ���� ���� ���#

���������������������������� ������������

�!������� ������������ ������������-.�����

�����������������������;����'���������������

������������������ ���������������������� ����

"����������"���������������������������������

����� ��"���������%���6������������ ����� �� ��"�

������������������������������������ �������

��� ���7���������#������������������������������

������%��������������� ��������������������

����������������������!����� ��� �������������

������������������������������� ����������������������

������������������������������������������������������

����������"�����$����� �����������������

������������� ����������;�#��#��������������

$���� �������������� ������7���������������������� ����#

�������� ���������<���#���#�-#��#� �#�=#�>#���#� #

3�#���#��#�?�������������������������� �����

� ����������������� �������� ��������������������

���� ����� �����������������������������������

������� ��������������&'@)��7�����������#����������

���������������������#����������������������

������������ ���&'()��������������������

���� ����� ����������������������������������

��������������������� ������������� ����� ����

������������������������������������������������

������-���1�$����� ����-1�������������&'*)�����

�� ������������������������������������������ ���

�������������������������������������������� �#����

������� ��������������������������������������

�����-.��������������������������"��������

�����A�����<��� 4�������������������������������

��� �������������&'0)��;�$���� ������������������

�� 4�������������������������� ��������������������

%���� � ���#� � �������%���� �! 8�8�#� ���� ��� ���

��������%�����������8������������������ ������ 4

����������&'+�8')���������������������������$����

� ��� ���������� ����� ���� ����������� ��������#

������������������ ����� ��������"����� ���������

������$����&88�8+)��B ���#������������� ���������

� ����� ������������������������!����"��������

�����������$������������������� ������������������

� �������������������������� 4������������7�������

���#�����������������������"�������������� ������

����������������� ���������������������������#

��������4��� ��� �������"�� ����"���� ��������������

��6��������������������������� ����� ������ ����������

������������������������������������#��������

���������������� ����"��������;����8���������� ���

��������������������������������;������� ��#������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

379

�������� ���������������������������:����������C���

���� ����� �������������@0���������������������

������������ ���� ��������������������������

80�����!��!; ���������C��������8���������������

���������������������������������������

������������������ 4�������������������

������������� ���������������������6��������

���������� ������� ��������������������������������

�������������� �����������;����9��������������D����

������E������������������6����� �������� �������

� ���������������������������������

��������������;������ �����������������

;�����8��

������������������������������

��������6���������������� �-���.���

������������������#������"��� ����������#

��" "������ ������� ���������������������

��������������� ������������������������

"�������������������6��������������

���� ��� 4���� ��� ���� � ������ ���� ���� ���

����#��������"����������6������� ����

�������� ����� ����&8,�9')��!������� �� �����

���� ����������#�����������������������

�%�����"� �#�������������������������4��

� ������������'#'00F�����������������������

�� ������������������

CVD FACILITY FOR GROWING CNT ATTHE UNIVERSITY OF CINCINNATI

!��C�������� ����������#�����

���;����@����������������G��"���������������

����� �������������������������������

&98)���������������� �6���������� ����"����-.���

��������������������������������<�������� �����#

����������������������������������������������� �

�������������;����@����������������������$���6�����

������������ ����������� ��������;����@�����!����

�������� ����� �����������������������������

�������� � ������������������� ���� ����������

������"�����������1!5-7C�����������������

���������������������������������������<��������#

���� ���#�������#��������#������������" "�����

Fig. 2. Substrate design: (a) Substrate design for growing of CNT arrays; (b) AFMimages of iron clusters on Si/SiO

2/Al

2O

3 multi-layered substrate prepared for CVD

of CNT arrays.

Fig. 3. SEM images of CNT grown on ceramic particles and or Si substrates: (a) bulk synthesis of “spaghetti” type CNT on powdered MgOsubstrate coated with Fe catalyst; (b) 50 mm CNT array grown on patterned with Fe nanoclusters Si; (c) 0.5 cm long CNT array grown on Siin collaboration with CVD Equip. Inc. by an UC optimized process.

(a) (b) (c)

(b)

Si wafer

SiO2 layer

Fe catalyst islands

Al2O3 layer

(a)

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

380

�����������������������������

��������������������������

��������������"� "�������������

������ ��������������� ������

����������������������3��

���������������������������

������� ������������������

����� ������������ !��

���������������������������

�������������������� ������

����� ������� ������� ��� �� �����

���������������C�������� �����

���� ���� �������� �� ������� 7�

�������#� ��4����������������������������

������������ ��������������������������� �� ������

�������� �� ������������������

�!��� �H����� �� ���������������H �����

��"�������� �������$������������������������� ��

�����-.�����#���������� ��������������������"�

����$�� ��������������������������$���������������� �

�������������� ������-.��������� ������ ���

��������� ���&99)������"�������������������������"��

������������������������#�����C�������� �����

�������������������������������H����� �� ���

���������#�-7�7���'000�2� ��900�����#��������

I��7������������������������������ ���������

�����������������������#������"�����$���4������

���4�����������������������������������������6���

�������������� ����������6������������"���� ��

����������$�� ��������������

PURIFICATION OF AS-GROWN CNTAND ANALYSIS OF THE PURITY

!��������������������$���� �������������

��������� ����� ����#������������� ��#�����������

��#���������������������� ����2�������������������

���������������� �%������������������������

�������������� �������"� ������� ����������������

������� �%��������!������������������ ����������

��������������$���� ���������������������!�������

��������� �������������#����������������� �����#�� �

�����������������������6���������B����"��������

%������� ��� � ������� �������� �����������;��� �#

���� ������������������ �������������� ������������

�� �����4������� �������������������������������

��� ��$���� ���������� �������"�������������

��"�������������������������������� ��

�������������������������������������D����

������� E����������&'/#�80)������������������� ���

��� ������������������" "�������������������������

�� ��������������������������������������������

����� ���������������������������� �����������������

��� �� ���������� ��

!��������� �����������D��E�����������

������������������������� �������������������

%������� �98(�@8(J��� ��� ��� &9@)�� 7�� ��� �������� �

�������������������������������$����������� ����� ���

��� �������"���������������%������������ ��������

����$����#������������������������%�������������

����� ������� �6�� ������������%����������������#

���������������������� ���������� ��

G������ ���%� ����D��E�� ���������������E�

��������������� ���#����������#��������������� ������

������������������������� ����������������������

Fig. 4. CVD system for CNT growth: (a) controller and furnace, (b) quartz tube in furnace.

Fig. 5. UC plasma system for CNT purification

(a) (b)

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

381

2 �����������������"� �������������������

�������������� ���������������������������������

��������������������������������� ����������������

����������� ��������&9()��3��"�#�� ������ ����

����������������������������������������������

��������������������"�� �������������������

����������� �������������������������������

��� ��<���"����������������#�� ����6���������������

�������������������������������G���.�����C ���

����#�27��� �� ����� ��������� ������ ����� �����

�����������;����(���!������� ��������������������

���������� ��������6���������������������� ��� ��

"�� ������&9*�9/)�

����������������������������������������

�������"���������� �������B!���5�������������

���� �������������'000J����"���� ��������������

������ ������������� ����� ����������������� ����� �

��"�����%������2������"� �����������������������

���� ������������������ ����� ��������������������

�������������� ��90�K������������� ���� ���������

������������B�"������� ��� ����� ��B!�� ��� ���

$���� ���������������������� �������� �������������

������������������������������������ ������"����

���������� ��������������������#�����%�������

������� ����������������� ������������ �����������B!

����������������������������������6�������������

���������������!��������������������������

���������������������������������������#���

���������������������������������� �������

������������#��������� ��������� ������ �����

�� ��@00���!��������������� �������� ��#���������������

���������� ���������������������������

���������������������� ��%���6������

��"���� ����8��;���� *�� ����� �����B!

��"����������������������6����������

���������G������������������������������

���� ���� �� ��������� ��� ��� ��� �� �

@00������������������ ��������

����������

���������������������������

�������������������� ���������� ��

�� ���� $�� �����"�� ����$���������"�� �����

��$������"�������������������������

�������� �������$������������������������

������ ��������� ���� ������� ����

�������������������!�"��������������

���������������� ������������������

����� ��7?�� ���������� &9@)�� 7�� �������#� ���

?������������������� ����������������� ��� �������

�������������������������� ���������������������

���������������������������������������������

��� � ����������������

CHARACTERIZATION OF CNT

����������������������� ����"����� �������

������������ �������'00���������#���������4��

�������������6�������� ������������$�����������

�������������������

������������� ������ �� ��

������� ��������#���������������#����

�������������������� ���"�� ������������������C ���

��� �������������������� ����� &*#�'0#�'+#�',#

89�8*)��!������������������������C�"������� ��C

�C�C �#�������������������������������������� ��

���������������"����������!�����������������C�C

����������������������������"����� ���!�;C7�L1�

90�C�C �;CB���������2�� ���������������� �����

������������� ��������������!�����4�������� �

������������������ ����������� �����������������

���� ��������� �������'�8�'�(����!� ������������

�������������� �����6��� ����������� ��� ������

��.�������� ������"���������� �� ����������

����������4�� �� ����"���� ��������� ������������

����#�����C�C ���������������������������������

��'���80����B���������������������������������

���������������� ����2���� ����6�����������������

Fig. 6. TGA of a CNT array synthesized and purified at UC. Starting mass of the CNTis 3.371g.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Temperature (���

Per

cen

t o

f S

tart

ing

Mas

s (%

)

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

382

���������������������� �6���������������� ��������#

��������������� ������������������������ ��������

���������������������������������������������

������ ���� "�� � ������ ��� ��� ���"��� ������ �

���� ������� �������������������������� ���

������������ �������������� ���������

���G��������������������C�C �������������������

�������� 4������������������������������������

���#����� ���������� ��� �����������������������6��

����� ����������������C�C �������������������$����

�"�� � ��������������� �������������������������

������������D���������E����������� ���������������

7���������#����������������������������� ����������

������� ��������������������������� ��

�������� ����������� �������������������

����� ���������%������������� ����������������

����"�������������������� ���������������� ��

6����������������#�� ��������������������������

����� ��� ���������� � ������������� � ����� �����

�������������������������������� �������������

���<��4���������������������,�'0���#����� ������

" �������'0�90�I-#����������������������������

0�/�'�9������������������;����*������4������������

C�C ����� � �������������������������������

� ����������� ������������������;�� ����� ��������

��������������������������� ��������"�� ��������

���������������'�M�� �������8�9������������

�������#��������������������������������������������

��������������������������������������������������

�����"������������;����+�������� ���� ������ ���

�� ������������������ �������������������

���� ����� ����C%�����"�� ���� ���� ��� ������� �� �� ���

��������#����������������"���������������������

�������;����+�����������������������������������

��������� ��������� ������������#��������������������

�� �������������6������������������ ��������� ����7����

���"�������� ���������������������������

������ �������������������������������������������

�����������"��������4��� �������������

����������������� �� �����������������

�����;������ ���������������;����,��;����,�����"�� �

���������������������������� ���� �����������������

����������������������������� �����������������

�������������;����,����������� ����"������������

������������������������������������

!�������"������������� ����� ����

���"������ �� ������������������� �� ���!����

;��� ��������!; �#��������"��������������

�������������������������������������������������

�"�� �� �����������������$����&'0)�������� ������

�����������������!�����;��� ���������!; �

����������� �����"���������� ������"����������

"�� ���� �������������������������������� �

���������� ������ ������ �� ��

3����?�� ����������������C ����� ����

�����3?�C ������������������ ���������������

�"�� ������������������������� ���� ������� �����

���#��������������� �#�������������������������

������ ��&,#�/#�'(#�'+#�',#�80#�@0�@8)��7���������#����

� ��������������������������C ��� �������������

����������������������������������#��������������

� ������������������� ����� ����&'@#�89#�8@)�

7�������������C ����� ������#��������� ��

����������≤ �800��������4����������������"���������������� ��������#�������������������� ������

Fig. 7. SEM images of “as grown” SWCNT on alumina particles supported Fe-Mo catalyst patterned on Sisubstrate: (a) SWCNT at magnification of x 130,000, (b) SWCNT grown between catalyst particles atmagnification of x 50,000.

(b) (a)

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

383

Fig. 8. ESEM Images of CNT arrays grown at UC by CVD on a multilayered Si substrate usingFe catalyst: (a) CNT array on non-patterned substrate; (b) Selectively grown 0.5 mm towersof MWCNT on patterned with catalyst substrate. Growth conditions: 200 SCCM of H

2 flow,

200 SCCM of C2H

4 flow, 100 SCCM Ar flow through a bubbler with water, 750 C growth

temperature, 30 minutes growth time.

Fig. 9. High Resolution TEM images of CNT synthesized at UC: (a) MWCNT with 15-20nm outer diameter and 7 nm inner diameter; (b) Double wall CNT found with about 5 nmdiameter.

Fig. 10. Internal structure of the CNT by TEM: (a) Multi-Wall CNTs with encapsulatedcatalyst particle; (b) Lattice structure of the catalyst particle is visible.

2 nm scale bar

(b)

5 nm scale bar

(a)

20 walls

10 nm scale bar 5 nm scale bar

2 walls

(a) (b)

��������������������������������

����������������������������!

��������� ������������ ����������

���������� ����� ������������ ����

����� ��.���������� �����������

��"��� ��� ��������������������

���������������������������������

�������������������������������

�������������������������� ���

���� ���� �������������� � �����

���������������� ��������

�������� ��������������������#����

����"�� �������������������������

������������� ����������� �������

� �������������������������������

���������� ���!�� ���������������

����� ��������������� ���������

������������������������������

�������������������������������� �

���� ���� ��� ������������������

0�8���������������������&@')�

���������� ��������������

������������6������G�������%���

����� ��� ��3?�C #� NC�1� NC �

80'0#�����������800�I-��;��C

�����#�������������������������

"���������������������#���������

���������������� �������������

���� � �������������� ���� ���� ��

��������������� ���������� ��

���������������������"����#����

�����������������������������;���

/�������� ������3?�C ����������

80� �� � ����#� ���� ;���� /���

���������� ���� �����

���������� ��������������

������������������������������

� �� ���"�� ������;����'0#���������

������� ��������� ��������� �������

"�� �������������� �����

����������� �� ��

���?��������������

�����$���� ����� ���������������

$�� ������������������������&80#

8'#�8+#�@9)���������������������#

��� ������������������#�����������

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

384

"������������������ ������������������$���&,)��7��� ����

"������������������������������������� �#����

������������������� ����������������#� ���

� �������������������������������?�����������$��

�����������$�� �����"������$���������"����� ����������

��������������������������� �������"������������

���#� ���������� ���� ������ ������� � ������#��

��� �������������� ���������������������������

������������������������������ ������������������

����������������������"� �������3��"�#������ ����

������"� ��������������������������������������� ����#

������������������������ ��������?����������������

�������������?����������������������������������

������ ��� ��� ���������������������������������

����� �������������������������� ��� ���������

����������� ������?�����������4������ �����"�����

�����������#����������� �6���������������������

���� ��������������������������������������������

��"�����������������?�����������$�������������� ��

���������������������&@@�@*)�

���?�������������������������������

���6������������������������ ��%����������"� �����

�� *98�,� ��� �3�O��� ����� � �� ('@�(� ��� �!� ��

���������������������������������������������

�C P�C ������������������������� ��"���������

���?����������������������������������������

���������%�����������������6������� ���'00O8(0

���'�#��������������900O'900����'�#�����������'(00O

'*00����'����$��������&,#�80)�����������������������

������ ��� ���� �������� �� ���� ����� ���� �4�

������������������&80#�8+)�����������

������ ���������������������������&@+)�

�����������$���������������������������

��������������4������'(,0����'#����������� ��

�����'(@0����'���������� �������������������

��������������������������������������#�������

�����������4�����������"���&80#�8+)��7������������

������ �#� ������ �� �������� ����� ��� ���4�� ��

�������������������.����4#����"��������'900����'

����%�������������3����� ���������'9(0����'�����

���������!���� ���������.����4����� ���������������

��������������� &8')������������� ��� ����B����4���

�����'(,0����'#��������������������������������� ���

"����������������������������&@9#@,)��7�����������

����$!� ���#���������������������������4���������'(@0

���'����������������%�������������� ���� ��������������

������������������&8+#�@/)��?�����������.����4������

B����4���"���������������������������������������

����������������������&8'#�(0)��!���� �7.P7B����#

������ ����������������0�'��0�8#�����������������������

����� �"� ������������������������������ �#������

��������������� ������� ����$�� ����&@9)�

����������� ���������������������������� ��

��$�������������������"�� ��������������������

�������'00O8(0����'�&80#�8')��2������� �������

���4�������'/'�����8'*����'���������������������

�����������"��������� ����������� ���������&@/)#

������������ �� ���"�� �����������3����� ����&8+)�

������������������� ����$�������������� ��������

����������������������������������"� ���������7�

����� #�������$����������������������������������

��������������������������������������!���������

�����������$������%�����������������4��������

��"��� �������� ���������������������������

5������� �����$������%� ����'��Q�889�+(P�� ����#� ���

�������������������������������������&(')�����

�� �� ���������"� ������ �����������������������������

�����������������������4������������@00���'000

���'�������� �����"���������� ���� ���������������

��������������%����������"� ��������*98�,���������� �

���� ������������������ �������������������������

&8+#� (8)�

7������������� ��������������������%�������

�������3����� ���#�����$� �����"�� ������� ��������

��������������������������'*80����'�����������������

������������� ����� ����������7���������#���������

����� ��� ����������� �� ����������� &8+)������?����

������������������������������� ��-.�����

�������������������� �� �����������$� �������4���

'(,+� ���'� &8+)�� ���� ���"��� �������4����� '99+

���'����������������%�����������������"����������� ����

�������� �������������������� ���"� �� ������

�����������2����������4�������� �������������

������������"����&8+)��!������������ �������"�����

�������� ����$����������������� ����� ������

&(9)��1����$�������������������''(�����880����'

����������������������������������������������

�����%������������������ ���� ������*+*���������

����� ���� �� ('@����������� ���� ��������������

�����������������"���� ��� ��������������������

�����6��������� ����� �������������%�����������

������ ���� ���� ������ ������������ �� �%� �� ���

��������������������'@00�'+00�����'�����������"����

���������������� ������������������������������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

385

���������������7������ ������%���

�����������������������'�+����

'�/��-#�������������������"��

�������'@00�'+00����'���"������

��� ����#� ��� ������ �����������

���� ��� ���������� 7�� ���� ����

�%�������������������"��8�8�-

� �� �� '�(�-#� ���� �������

���4��������"����������'@00�

'+00����'���"������������#���

�������"��������� ���� ��������

������������������������&(@)�

!�� ��-���?���������

������������ ������������

���������������������������6��

���G�������?���������������

���������8(0������� � ����������

�����;�����('@�(���� �����%�

�������#�',00� P�������������

(0������� ��������#�����������

�� �������������(�(����'������

���������� ��� ��� �������� �

?������ �������������

� �����.�������#������������

� ��������������������7������

����� ������ � ���� �� ���

��������+0J�������������������

�%�����"����������� ������7��

����������������� ����������

����� ���������������������

���� ��� ����������� ����4

�������!�?���������������

0� �� 900� ����'�� �������� ��

���� �������D���������E�������

������ ��������6��� ���G�� ��

��������;����''��!�����������

�� ��#������ ����������������

�������� ���� �������� ��"�

��������<�%�����'��Q�889�+(P�

������ � ;�� ����� �$������ ��

����� �� �� �� ���� �����������

������ ������ ��� ����� �� ��

�����'�8����

! ������������������

��������G������� ����������

�6������?��������������������

���� ���������������������"��

Fig. 11. Raman spectrum of CNT grown at UC from alumina supported Fe-Mo catalyst on apatterned silicon substrate.

Fig. 12. Raman spectra of aligned CNT arrays.

���

���

���

���

���

���

���

��

��

����

� �� ��� ��� ��� ��� ��� ���

���������

�� �

���

������

��

� �

����

����� �������������� ��������� ���

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

Inte

nsity

(arb

. uni

t)

Raman Shift (cm-1)

Irregular sample Square Sample

MCNT - samples-08/12/2005

1350

1586

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

386

������� ��#������������� ���������������$���������#

������� �6������������ ������������������������

������� �%�������������������������"���������� ����

������� �����������?����� ��������� ���� � �����

���������������������;����'8��5�������'9(0����'

�.�����������'(,*����'��B����������4�����"�������

������������������������ ����7���������#������4�����

�����'*'(����'��.P�������� ����������������� ��

������B������

�����%�������������������.���������4������

�� ���������������������������"�� ������������

����������&((#�(*)��������������������������������

�������������������������������������� �����

���������������������������������� ���"� �� ������

�� �6����� ������ �� ���� ���� ����� � ��� ����

��������������������������������������������7�

���� ������������������������� ��������� ���������

�����"������ ������������� ���������������������

Fig. 13. CNT array: (a) 1.4 mm CNT array with (b) alignment shown schematically.

Fig. 14. Large area CNT arrays grown at UC with a novel substrate preparation approach andCVD process: (a) The UC logo made by selectively grown CNT array on a Si substrate; (b) and(c) Large area CNT arrays grown on a Si substrate.

Carbon Nanotube Array

Carbon Nanotube Array

Substrate

(b) (a)

(c)

(b) (a) �

����������

�����������.����4��7������������

���������.����4��������������

���� �����������������������

�� ��� ��� ��� ������ ��� &((�

(+)����������������� �������

�������������������������

�����#� ���� ���� ��������

�������������"������������

������������.�������!�������

�������"�� (0�*0������������

���������������������� �������

���������������������� ������

�� ���������������������

�%� �����������?����� �����

����������������.�������

���� ��� ���� ���� ����� 90

���������2�������� ���������

���"�������� ����������������

.����4� &(,)������ ����.����4

����������������������������

���������������� ��������������

���#�����������������������

������

GROWTH OF MILLIMETERLONG MWCNT ARRAYS

�������� �����������

���� ����� �� ��� �4� ��������� ����� ��� ��������

B������������������ ������ ������������

�����"� �� ��"���������� ���� &((�(+#� (/�*()�� 5� ����

�������������������� ��� ������ ��������������

�� ������ �������;����'9���%���6�����������#���������

��������������C���������������������� ��������

�� ���! � ���#����������� �����$���� ��%���6����;��

�� �#������� ���������� ������� �������4��������

��������������������������4������������! 8�9�

������������������� ����� ��-.�������38�

�83@�3

80�!�������%�������+(0��������C��������

�������&*()������������������������������6��

����������������H ��&*@)��!������� ������������

����#���� ��������������������������������#�� �

�����������������6���������������� ��������"��(

��������������;����'@�

5�����������"� �������������������������

�����-.���������������� ������� ������� �����

������������������#������������;����'@���#������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

387

�������� ����������"�� �������������������������

���;�����'@��������'@����

CONCLUSIONS

�����-.�������$������������� ���������

������������������������ ���������������� �����

���������������������������������� ���������"���

��������������������������"��������"�����������

��������#����� ��������������������������������

������������ ����������������6������������������

"����� ��� ������ ����������"��(������� �����

�����������������������4������������������������

���� ������������������ ��������������������

��� �������������������������������"� �������

��"������������ �#������#���������"����"�����

Acknowledgments

��������������&�������������������������

'������� (�������) ������� ������#(!*+,*-./0�'�

12��(����������������� �������3'�0����� ����� ����

'��������(����������������������� ���������������

����������0���������4�� 5!3��������'�����������������

� ��������� ������&��������6��� ���)����'��� ���

������������������������ ������������0�4��#���

�������$��������������������7��8 ���������7���������

1)�"9#"#��:����!5�������1)8�����������������!

���������'��

REFERENCES

'���!��������������������������#� ?������

������2��������#����#���� �"��#�N�#�?�����#

N�#�>��#���#�! ��#���#������ #�5�#��2����� "����#

8000�

8����������������?� ����� ����� �#� ?����������

2��������#����#�?�#�!�#�2����� "����#��800'�

9����������#�;� �����#�����������������.���

����� ����#� ?�� ��������� 2��������#

?�����#�N�#�;�������#��#�B�������.�#�1�66�#

.������?���#��?�#����#�2����� "����#��800'�

@����������5�����.�"����#� ?�����������2�����

����#�5����#�2�#�?��#���#��� #�.�#

I��#�B���#�- �����#�2����� "����#�8009�

(��!�"������ ����������������#� ?��5� ����#

.���� ����#� �#���#�@#�800@#�89+�

*�������#�!�#�1��#�?�#���4 ��"#�2�#�.��#�3�#�2����#�2�#

?���#�N�#�L�#���#�1��#�=�3�#�I��#���B�#��?��6 �#

!�B�#��� ���#�.���#��������#�B�C�#���R��4#�.�#

;�����#�N�C�#�������� ��#?�C�#������ ����?���

�� ��� ����������������#��������#�8+9#�@,9#

'//*�

+��5������#�.�#�I����#���#�.�-���#� �#�B���#�B�#

��"�#�?�#�����5����#�?�#���� ������ �����B���

��������������������� ���� ��!������1���

�� �#������#�9*9#�*0(#�'//9�

,��N����#���#� ���#���I�#�5����#�2�#�1�����#�!�#

����� �#� �#�1�����#���#�.�����#�2�#�1��#�?�#����

;�����#� N�C�#� 1������� �� 2������� �� ���� �

�� ������������������������C ������!�������

��$��#������#�9,,#�+(*#�'//+�

/������� #�!�#�?����4��#�N�#�I��#�N������.��#�3�#�1���

��� ������������������ ���� ����������������#

N��2�����������5�#�'09#�*@,@#�'///�

'0��1��#�N�#�;��#��������.��#�3�#�?������!�"������ ��

��������;������������������#� ?��5� �

����#�-��8/#�@#�88@#�800@�

''�� �����#�.�#������;� ��.�������<�2����� ��� ���

2������#�'������#� ��B���3� �7���#�����=4#�'//(�

'8��3�������#� ������N�����#�I�#�������� �-���.���

�����<�2����� �������!�� �������#�!��������2���#

'//+�

'9��������#�!�#�������� �-���.���������� ��

�� �������<�2����� ��#������ �������!�� ��

������#������2�� �������#�'//,�

'@��I����#� �#�����#�>�#�5��#�L�#�B�#�N�#���������#�C�#

���� ����� ��!���"�����4� �S''0T������������B���

����������� ����������#�!�� ����2�������1���

���#�-����#�'0#�'8((#�8000�

'(��1��#���#�����2�4#�N�#�B���� �� ���5����

����������������������������� ��������

-���.�������#�!�� ����2�������1�����#���#�8'#

99/+#� 8000

'*������#���#�.���#�L�#�3����#�L#��B��#�>�#�H�#���#�1��#

��#�����;��#���#�C������"��B������5��������

��������#�������2�����1����#�9(*#�8(@#�8008�

'+��1�#���#����#�N�#�����?��#�>�#�C�������������������

B�����������������������������������������

�� �-���.�������#�!�� ��2�����!#���#�9/+#�8008�

',��1�#���#����#�N�#���#�=�#�����?��#�>�#�C��������B��

2������ ��B���� ���� �������� �� ����

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

388

������������������� �-���.�������#�!�� �

2�����!#���#�8(/#�800'�

'/��1�#���#����#� N�#� �������#� #� ����?��#�>�#�� ���

.�� ���� �������������������������6�����

�-.#�������� �2�������1�����#�9*,#�8//#�8009�

80��� ��#�N�#��������#���#�1�����#���#������ #�B�#

�� ���#�7�#�I���#�>�#�;�����#�!�#�1�����#���#����

����#�N�#�1������� ������������������ ���� ������

������������������� ������������ �-���.���

���������-.�� ����#�������� �2�������1�����#

9'+#� ,9#� 8000�

8'��B���#� N�#� �����#���#� �������#�.�#� ������#� �#

N����#�5�#��������� �#�!�#�������������3����2��

�������� ���� ��������������������3����=�� �#

������������#�8***#�8008�

88����#�=�#�1��#�=�#�����?��#�>�#����� ������!���

5����� �� 1�� ����� .������� ! ������ ����

��������#�����1�����#��#�'#�'0+#�8009�

89�����#�N�#�3����#�>�#�����#�.�#�����#�N�#�=���#���#�?��#

>�#�����#� N�#��� "��#�1�#�I ����#� N�#� ����?���#� �#

B���� ������������6�������! ����������

������������2�����������4� ������������G���

��������;� ��#�N�� �����?���#���#�''#�98@*#�800'�

8@��5��#���#�>��#���#�>��#���#�����#�.�#�����N��#

�#���� ����������B����������������������

����"��2 ������������ �-���.�������#

!�� ��2�����1����#���#�'8#�8+*+#�8000�

8(��;��#� ��#����� ��#�B�#� ;��4 ��#���#���� �#���#

����� #�!�#�����.��#�3�#��� �����������?��� ��!�

�����������������������������;�� ��C����

����2������#��������#�8,9#�('8#�'///�

8*��I��#�N�#���#�3�#������ #�!�#�H����#���#�����.��#�3�#

���������� �� 7���"���� � ���� ���� ��� ����

��������� ��2�������� �� ���������#������#

9/(#,+,#� '//,�

8+��1��#���#�I��#�.�#�1��#���#����#�=����#�2�4#�=�#

I��#���#��1��#�=�#����#���#�1��#���#�I��#�N�#����#

=��B�#�����I��#�N�#�������������G�����.������

�����������������������1����!������������

������� �������� �������� �-���.�������#

!�� ��2�����1�����#���#�'8#'+8'#�'///�

8,�����4�����#���#�����#� ��#����#�5�#�!A����#�2�#

��� �!�#������I���#�?�#������� �;�����������

�� ������� �.������� ���2 ����������������

���������#�N�� ���#�?���#���#�'0#�8('(#�8009�

8/��>��#�3�#�L�#���#���#�.�#����#�5�#�-�A���#�?�#����

!A����#�2�#�.�����������������1������� ���� ��

�������������������#��������#�8/*#��,,@#�8008�

90����#�1�#�1�#�=�#����#�5�#�1����#�N�#�L�#���#�������#�.�#

2�������������������������������; �����

���� ���� ����#�����#�9,#�'/99#�8000�

9'�������#���#�H������#���#�5����#���#������#�2�#

I�� ��#�7�#�I���� #�!�#��������� �#�!�#����������

������������6����������������������2�

������ ��� ����; ���������� ���� ����#� N�� 2����

������5#�'0*#�'0/'(#�8008�

98��;������#�7���#�C��������G���� ���� #�2� ����

����-�����'0P'*P08#�((+'�C4�� ����#�������5��

���#��!#�/9'''#�8008�

99������"#�-�#�?�������#�?�#����������#�?����#�C�����

��2� ���� �������; ����������������.���

���� ;� ��� ��������6��� ��� ����"�� 2 ����

�-.#�����������������'0(����!���� � ����������

C%�������������!��������������������#�7���

"���"��2�������������������������������#�B �����

�������������-77#�!�� �8+�90#�����"� �#�����

������#�8009#�����������#��'(@#�8,9#�8009�

9@�� 3����#� ?�#� ����� #� N�#� ?��6 �#� !�#� ���

2���������4�� �#�;�#�2��������������������

�������������������#� ?��5� ����#���#�@#�8(8#

800@�

9(��3����#���#����.��#�1�#�2 �����C���������2�������

���� ������� ����������� ��! ����������

��������#�N��2�����������5#�'0*#�9(@9#�8008�

9*��3�#�2�#�5��#���#�=���#�H�#�1��#���#����������#�3�#

� ��������2�������������������������#����

��#���#�,'#�800'�

9+��>����#�5�#�1�#�=�#�����1��#�N�#��-.��������������

2���������������� ���� ������������������

!��� ������������� ���#��!�� ��2�����!#���#�9@(#

8008�

9,��3�����#�I�#�;�����#�!�#�����#�N�#�5������#�.�#

?���#�N�#�����1����#�!�#����� �������������������2��

������������������������#����������� ��� �#

++#�9'#�'//*�

9/��.� �#�!�#�B������#���#�N���#�I�#�! ����#�N�#�2�� �#

2�#�����3����#� �#�!����� ��������� ����2�����

������������ ���� ���������������� �����

� �#�!�"������� ����� �#�''#�'*#�'9(@#�'///�

@0��� ��#�N�#�1�66�#�.�#�I�4 ���#�!�#�3�������#�N�#����

B���#� �#�7�������������������6������� �

��� �����������.�������� ������ ��;����������

V. Shanov, Yeo-Heung Yun, M. J. Schulz

389

�������������#� ?��5� ����#�8/#�@#�8*(#�800@�

@'�� ��������6����� �� �������#� 1�����#� ?�#

5��������3��������#�����'*#��8,@#�'//9�

@8��N��#�N�#�C������#�C�#����� �#�.�#�1"�#�1�#�2���N�#����

���#�B�#�3����O=�� ��������������������� ���

����������������������������5���"���������2������

�����C ������;�� �#�N�� �����?���#���#�''#�8(,0#�8009�

@9�������#���#�������#� �#�I6� #�I�#�I�� ��#�7�#����

��� �#�!�#�����������2���������1������� �

! �������������������#�������� �2�������1���

���#�9+8#�,*0#�8009�

@@��3����4���?��������������<�;������?��

������1������������2�����1���#�1����#�7�#����

C�����#�3�#�� ��� �.�44�#����=4�#�800'�

@(���6�����4�#�3�#�?��������������<���������

2������#�2 �����2���#�����=4#�'/*+�+0�

@*��?��������������� ��������� �!�� ����#� �

����#�?�#�N����� ���U����#�����=4#�8000�

@+��5�������#�I�#������������#�.��G�#���������6��

��������2���������!������� ��B���.�����E#

���.����������.������ �4��;� ��������������#

� ������#�?�#�3��#�1�#�!����#�N�#�����I�� #�2�#

2 �����2���#�����=4#�*++#�'//'�

@,��C4 ���#���#�3 ���#� �#�����N����#�!�#�-�������

���� ���������������V� ���������� ���

����#�����#���#�+#�/(/#�'//(�

@/��?�#�!�#�?�����#�C�#�5����#���#������#�5�#�C4 ���#

2�#��� ����#�I�#�;���#���#��������������#�I�#� ���#

�#������#�!�#� ��� ��#�?�#�.���� ����#�B�#� ���

.���� ����� ����#�.��������� ����"��?����������

���������-������� � ��������������������#

�������#� 8+(�(8/+�#� ',+#� '//+�

(0�����#���#�>����#�2�#�=��#�I�#�3����#�;�#����#�>�#�>��#

L�#� ����B�#� >�#� �������"�� ������ �� ����

���������?�����2���������.����!��.�������

�������� ����� �����#�N��?��������������#�8,#

9*/#� '//+�

('��5����#���#�!��4�#���#����#�=�#�B�����#�1�#�?����

��#�C�#�����C�4 ���#�2�#�C������������B��������

�������������.�������.������������������ ���

������ ���� ��������������#�2�����?�"��1����#

��#�'+#�9++/#�'//,�

(8������#�?�#���4���#���#�����I����#���#�.���� ����#

B�#� �.���� ����#� ����#�;��������6��C�������� ���

?���������������������������#�2������ �?��

"����5#���#�9'#�89,,#�'///�

(9��5����#�N�#�5�����#�N�#�����"��#���#�B��#���#����

1�����#� ��#� 1��;�$������?����� �������� �

� ���� ����������������<�C%������������

����#�2������ �?�"����5#�0+9@'+P'#�8008�

(@��! "��6#�1�#�?����#�!�#�? �#���#�!�� ���#�C�#����"�A #

N�1�#�C%��������C�����.����������������?����

�������� �� ���� ���� ����������������#

������� �2�������1�����#�980#�@@'#�!�� �8000�

((��L����������#�1�����>�#�2���>����#�������5��3�#����

����1��;��#�D�������������!���E#�����C��

������2������ ��N�#�.#�/#�,(#�'///�

(*��1����#�>�����3�#��������#�>�����=�#�L��1�#����

>���I�#�D?�������������6�������! ���������

������������2�������������� �.�������

������3�������-��E#�!�� ��2�����1����#����#

80#� 8*,@#� '//+�

(+���������=�#�3��4��3�#�����=������ �#�D-��

���� ��! �������������������� 2������ ��

?����;�$������2 �����C��������������� �-��

��.�������� ��� 1������������ ��������

B���� ��������E#� ��������������2����#���#�9'#

800@�

(,��3�������#������=�#�1��B�#���������;�#�D//�/K

2����� � ����� ��������������������-�����

3��������������!���� ���:#�����#���#� 8(,(#

8009�

(/����������3�� �#�2���64��!��!�#�����3�#�5� ���I�#

; ������2��3�#�B�������.��5�#�����1������.��3�#

D?�����B������1��#�-����� ��! ����������

���������������C������������� ����������6����

G����� ��� �;� ��B�������E#�����1�����#����'0#

'/9/#� 800@�

*0��2���64��!��!�#�B�������.��5�#�N�������#�7"��"�7�

��#�����C���B�#�D7������� ������������������ �

���� ���������������!���B����I�������

.������������ �-���.�������E#�!�� ����2����

����!#� ����� ����������U�2�������#�,'#�889#�800(�

*'��3����I�#�;������.����#� �6���I�#���������#�=����

�#�����1�A������#�D�����!��������3��� ��C��������

���������� �� 7����������� ���� ���� �������

��������E#��������#�90*#�'9*8#�800@��

*8��C���C�#�2���64��!��!�#�B�������.��5�#��������

3�#� D7���������� ��� �������� ����C���������� ��

������� �-���.����������-����� ��! �����

����������������2����������� ��� ����� ���

;� ��E#�!�� ����2�������1�����#�����'0#�'+(/#�800@�

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 4, 2006

390

*9������"�-�#� ��4���!�#�N������#�3��2�#��������� 6� �

N�#��������(#�D!�"���������������� �-���.���

���������������������#E���#��������������

��������� #�;������� #���������� ����� �#�����

������� 6� ��N�#�I� 4��!�#��������������� �#

5���?���#�; �#��?��2���#�'8(#�800*�

*@��=��#�=�#�����"#�-#����� 6#� ��N�#�.��#�>�#�N�6���#

!�#�3�������#����?�#�3� �� #�3��5�#����#�.��I�=�#

5����#�!�#���#�=�#���������������#���#�D3��������

����"���������������������C ������E#�����

�������!�������5�'80#�8/,#�800*�

*(��=��#�=�#�����"�-�#���#�=�#��������������#����

���� 6� ��N�#�DB���� �����������1���! �����

� ���� ��������������!������������!��

�������������� �-���.�������E#�N��2����������

5#�''0#�89/80#�800*