異質(zhì)結(jié)或同質(zhì)結(jié)主要作為組件應(yīng)用于電子電路或光電領(lǐng)域，在人類社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步中起著至關(guān)重要的作用。隨著集成度越來(lái)越高，新一代異質(zhì)結(jié)或同質(zhì)結(jié)組件必然為納米量級(jí)。純碳異質(zhì)結(jié)由于具有諸多優(yōu)越性能而廣受究者們青睞。

上世紀(jì)90年代，研究者們就通過(guò)在單根碳納米管的6元環(huán)網(wǎng)絡(luò)中引入5元環(huán)和7元環(huán)缺陷的方法，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了純碳納米管的異質(zhì)結(jié)模型。2001年，研究人員利用掃描隧道顯微鏡首次在實(shí)驗(yàn)上明確地觀測(cè)到由不同手征指數(shù)的碳納米管頭對(duì)頭連接而成的異質(zhì)結(jié)(Ouyang et al.《，Science》2001年第291卷第97?100頁(yè))，推開(kāi)了納米集成電路的大門。由于碳納米管根據(jù)其直徑和手征指數(shù)的不同，可表現(xiàn)出金屬或半導(dǎo)體性質(zhì)，因此，CNTs異質(zhì)結(jié)可以是金屬?金屬結(jié)、金屬?半導(dǎo)體結(jié)，以及半導(dǎo)體?半導(dǎo)體結(jié)，這些不同的異質(zhì)結(jié)可以制成單根碳納米管的二極管、整流器，以及電光器件等，在即將快速興起的微納時(shí)代中將占據(jù)重要地位，并發(fā)揮出極其重要的作用。

目前已報(bào)道的碳納米管異質(zhì)結(jié)均為直桿的碳納米管相互連接，而發(fā)明人合成的則是由螺旋碳納米管與直桿碳納米管相互連接組成的純碳異質(zhì)結(jié)。螺旋碳納米管是在直桿的碳納米管的6元環(huán)網(wǎng)絡(luò)中周期性的插入5元環(huán)和7元環(huán)而構(gòu)成的一種類似彈簧狀的螺旋形結(jié)構(gòu)，它在形貌結(jié)構(gòu)上與碳納米管有很大的不同。顯然，螺旋碳納米管?碳納米管異質(zhì)結(jié)是一種新型的準(zhǔn)一維純碳異質(zhì)結(jié)，其能帶結(jié)構(gòu)、電學(xué)及光學(xué)性能等可能都與直桿的碳納米管異質(zhì)結(jié)不同，在未來(lái)的納米集成電路以及納米電光器件等方面可能有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的目的是提供一種易于操控，實(shí)用的合成螺旋碳納米管?碳納米管異質(zhì)結(jié)的方法。

 一種合成螺旋碳納米管?碳納米管異質(zhì)結(jié)的方法，采用催化化學(xué)氣相沉積法，催化劑采用鎳納米顆粒。具體步驟為：

(1)取納米氧化鎳顆粒放入管式爐內(nèi)，在氫氣氛圍下加熱至400℃并保持1小時(shí)獲得鎳納米顆粒；

(2)以步驟(1)中所獲得的鎳納米顆粒為催化劑，在管式爐中通入乙炔和氨氣的混合氣體，加熱至450±25℃并保持4小時(shí)；關(guān)閉乙炔和氨氣并通入氬氣，在氬氣氛圍下自然冷卻至室溫得到螺旋碳納米管?碳納米管異質(zhì)結(jié)。

其中，納米氧化鎳顆粒的制備方法為：

(a)將鎳鹽和檸檬酸按摩爾比1:3溶于無(wú)水乙醇中；

(b)水浴60℃條件下持續(xù)攪拌6小時(shí)；

(c)攪拌后的溶液在85℃將其基本烘干，再175℃完全烘干；

(d)烘干后的產(chǎn)物在馬弗爐中400℃煅燒4小時(shí)，此時(shí)獲得納米氧化鎳顆粒。

本發(fā)明的過(guò)程在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中完成。反應(yīng)器可采用石英管，水平管式爐升溫前需先排盡反應(yīng)器中的空氣，以免爆炸。

本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，可高效率獲得螺旋碳納米管?碳納米管異質(zhì)結(jié)，且易于分散，為碳納米管異質(zhì)結(jié)家族增添了新的成員，在低維純碳異質(zhì)結(jié)的研究和應(yīng)用方面都具有重要的價(jià)值。