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: [email protected]
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*