چکیده

نانوتیوب های کربنی (CNTs)، فلرن هایی هستند که دارای نسبت طول به عرض بسیار بالایی هستند. این مواد به طور گسترده از زمان کشف یعنی سال 1991، مورد مطالعه قرار گرفته اند. علت اصلی استفاده از این مواد، خواص فیزیکی فوق العاده ی آنهاست. این خواص موجب بروز خواص الکترونیکی، مکانیکی و گرمایی ممتاز در این مواد شده است. برای کاربردهای مختلف، خواص و ساختارهای مختلف بسیار مهم می باشند. نانوتیوب های کربنی کامل دارای مدول یانگ بالایی هستند اما سایر نانوتیوب های کربنی ممکن است عیوب زیادی داشته باشند که در این شرایط، امکان ایجاد عملکردهای کوالانسی و غیر کوانسی وجود ندارد. نانوتیوب های منفرد دارای اثرات کوانتمی هستند و ساختارهای سازماندهی شده ای ایجاد می کنند که دارای میلیون ها نانوتیوب هستند و می توان با این سازماندهی، هماهنگی این اجزا را افزایش داد. این ویژگی های ساختاری دارای اهمیت بالایی هستند مثلا خواص الکتریکی نانوتیوب ها به طور ناگهانی به عنوان تابعی از قطر و خواص تیوب، تغییر می کند.
در این مقاله، ما به طور خلاصه تاریخچه و مهم ترین دستآوردهای چند دهه ی گذشته در زمینه ی رشد نانوتیوب های کربنی را مورد بررسی قرار می دهیم. در این مقاله بر روی روش های رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) تمرکز داریم. در این روش های رسوب دهی، کاتالیست در طی فرایند رسوب دهی، به داخل بخار وارد می شود. ما نشان داده ایم که روش هنرمندانه ی ارائه شده در این مقاله می تواند هم برای تولید نانوتیوب های کربنی تک دیواره و هم چند دیواره، کاربرد دارد. برای بیان کاربردهای ممکنه برای نانوتیوب های کربنی و ساختارهای آنها، ما در مورد فیلترهای با بازده بالا، فنرها و جاروبک های با اندازه ی نانو، وسایل بر پایه ی نشر میدانی، سنسورهای تفکیک گاز با فشار پایین و استفاده از نانوتیوب ها به عنوان تقویت کننده ی کامپوزیتی.

خواص اصلی و کاربردهای الکتریکی نانوتیوب های کربنی

یک نانو تیوب تک دیواره (SWNT) ممکن است به عنوان یک مولکول عظیم یک بعدی در نظر گرفته شود که به طور کامل از کربن با هیبریداسیون تشکیل شده اند؛ این در حالی است که خواص نانوتیوب های چند دیواره (MWNTs) به گرافیت نزدیک ترند. برای تولید ساختارهای گرافیتی با انتهای بسته، نیاز است تا عیوب کریستالی توپولوژیک در داخل ساختار هگزاگونال صفحات گرافیتی ایجاد شود. خواص فیزیکی و شیمیایی فوق العاده و کاربردهای ممکنه می تواند به خاطر وجود یک بعدی بودن و نحوه ی قرارگیری صفحه ی گرافیتی می باشد. علاوه بر خواص فوق العاده ی نانوتیوب های منفرد، رفتار تجمعی آنها نیز در بیشتر سیستم ها مهم می باشد. همچنین برهمکنش آنها با همدیگر و محیط آنها نیز مهم می باشد برای مثال، یک زمینه ی پلیمری. در شکل 1 چند کاربرد نانوتیوب های کربنی نشان داده شده است. برای مثال، مورد اول که در سمت بالا- چپ نشان داده شده است، نانوتیوب های کربنی چند دیواره را نشان می دهد که با الکترودهای فلزی در تماس هستند. این ساختارهای نانوتیوبی ممکن است به عنوان بخش های اتصال دهنده ی الکتریکی داخلی یا به عنوان وسایل نیمه رسانای فعال، مورد استفاده قرار گیرند، اما پی بردن به خواص ویژه و تعریف شده ی نانوتیوب به صورت منفرد، کاری سخت است. آزمون الکتریکی این ساختارها و ساختارهای مشابه، نشان می دهد که دانسیته ی کنونی نانوتیوب های کربنی می تواند تا تا افزایش یابد (شکل سمت راست- بالا) بدون آنکه آسیبی ایجاد گردد. نانوتیوب های کربنی چند دیواره ی مورد استفاده در این آزمایشات با استفاده از روش تخلیه ی قوس الکتریکی، تولید شده اند. قطر دو نمونه از این نانوتیوب ها برابر با 8.6 و می باشد. مقاومت های 2 و 4 ترمینالی در هوا و در دمای محیطی ، اندازه گیری شد. اندازه گیری به مدت 334 ساعت ادامه یافت و نانوتیوب هایی که این جریان های بالا را دریافت کردند، تخریب شدند.
به عبارت دیگر، وقتی دانسیته جریان در پوسته ای خاصی از نانوتیوب کربنی چند دیواره یا در یکی از نانوتیوب های کربنی تک دیواره موجود در گروهی از نانوتیوب ها، افزایش یابد، آن پوسته از نانوتیوب چند لایه یا نانوتیوب تک دیواره، تخریب می شود. با انجام این کار، بخش باقی مانده از نانوتیوب تک دیواره یا چند دیواره، به طور کامل نیمه رسانا یا فلزی می شود. یک روش جالب، ایجاد آرایه ای از نانوتیوب ها به صورت عمودی است. در این روش، نانوتیوب ها کربنی به عنوان بخش های اتصال دهنده ی داخلی و یا المان های فعال عمل می کنند. دو کاربرد آخر که در شکل 1 نشان داده شده است، در بخش پایینی قرار گرفته اند. در این کاربردها، از نانوتیوب های کربنی برای تولید فیلامنت هایی استفاده می کنند. این فیلامنت ها، برای تولید لامپ های برق معمولی، استفاده می شود (شکل پایین سمت چپ). خواص مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون این نانوتیوب ها بهتر از هر نوع فلزی است. نانوتیوب های چند دیواره ممکن است به صورت نخ های نانوتیوبی خالص و یا پارچه ایجاد شوند. یک کاربرد ممکنه از پارچه های تولید از این نانوتیوب ها، تولید دستگاه های تابش نور صفحه ای است. این صفحات دارای کاربردهای جالبی است. موفقیت اخیر در این زمینه، تولید فیلم های نازک شفافی است که از نانوتیوب های چند دیواره ی کربنی تولید می شوند. این وسایل دارای کاربردهای بالقوه ای در وسایل تابش نور می باشد.

روش های مختلف در تولید نانوتیوب های کربنی

روش های تولید نانوتیوب های کربنی می تواند بر اساس نوع نانوتیوب (تک دیواره و چند دیواره)، طبقه بندی شوند. این مسئله باید تذکر داده شود که هر دو نوع نانوتیوب تک دیواره و چند دیواره می تواند از طریق روش تخلیه ی الکتریکی قوسی، تولید شوند. این قوس میان دو الکترود کربنی انجام می شود که الکترودها دارای کربن و مواد کاتالیسیتی است و بین الکترودها، گاز خنثی قرار گرفته است. امروزه نانوتیوب ها و مواد مشتق شده از آنها از طریق روش های مختلفی تولید می شوند. این روش ها عبارتند از روش های تخلیه ی قوسی در دمای بالا، تبخیر لیزری هدف های گرافیتی و تکنیک های رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار. تولید با روش های قوس الکتریکی و لیزری عموما با سختی بیشتری افزایش مقیاس پیدا می کنند. به هر حال، حتی این روش ها نیز به طور متداول برای تولید مقادیر در حد گرم از نانوتیوب ها مورد استفاده قرار می گیرند. نمونه های نانوتیوب تولید شده با روش های مختلف هم اکنون مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، به دلیل اهمیت تولید نانوتیوب های کربنی با استفاده از روش های رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) در سال های اخیر، ما بر روی این روش های تولید تمرکز می کنیم.

رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار به عنوان یک ابزار آسان برای رشد نانوتیوب ها

رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار یک ابزار قدرتمند در شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی مواد و نانوتکنولوژی است. این روش، روشی متداول در تولید نانوتیوب های کربنی و روشی شناخته شده در تولید فیلترهای کربنی است. برخلاف سایر روش ها، رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار می تواند در مقیاس تولید بالا مورد استفاده قرار گیرد. هم اکنون از این روش به صورت تجاری در تولید نانوالیاف استفاده می شود. نانوالیاف نیز موادی هستند که در اندازه ی نانوتیوب ها هستند. علاوه بر این، رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار می تواند برای تولید آرایه هایی از نانوتیوب های مسطح، زیرلایه های سه بعدی و غیره، استفاده شود.
روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار برای رشد نانوتیوب های کربنی، روشی ساده است. در این روش، یک گاز هیدروکربنی به مخزن وارد می شود و یک گاز خنثی دیگر مانند هلیوم یا آرگون نیز به عنوان گاز حامل به داخل مخزن وارد می شود. واکنش در داخل مخزنی انجام می شود که توانایی حرارت دهی آن وجود دارد. سایر مزیت های روش رسوب دهی شیمیایی این است که این روش نیازی به استفاده از تمپلیت ندارد و در واقع رسوب دهی بر روی زیرلایه انجام می شود. در واقع با استفاده از این روش، امکان رسوب دهی مستقیم نانوتیوب های کربنی بر روی محل های پیش تعیین شده، وجود دارد. نانوتیوب ها می توانند همچنین بر روی Si، ، SiC، MgO، ، زئولیت، کوارتز و شیشه، فلزات کاتالیستی مانند Fe، Co، Ni و Mo و یا ترکیبی از آنها، رسوب دهی شوند. پارامترهای اصلی برای کنترل فرایند رشد، منبع هیدروکربنی، سرعت جریان گازها، دمای واکنش، کاتالیست مورد استفاده و زیرلایه می باشد. در دماهای پایین، استیلن یا اتیلن، ممکن است به عنوان منبع کربن در تولید نانوتیوب های کربنی چند دیواره، مورد استفاده قرار گیرند در حالی که، در دماهای بالاتر، متان یا مونوکسید کربن ممکن است برای تولید نانوتیوب های تک دیواره مورد استفاده قرار گیرند. ورود مواد آلی گوگرد دار یا بخار آب، تولید نانوتیوب های تک دیواره را تسهیل می کند. برای تولید نانوتیوب های کربنی تک دیواره، الکل نیز مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل اینکه قطر نانوتیوب های تولید شده، به طور قابل توجهی به اندازه ی ذرات کاتالیستی مورد استفاده بستگی دارد، سنتز نانوتیوب های کربنی تک دیواره، نیازمند استفاده از لایه های فلزی کاتالیستی نازک و مناسب می باشد. لایه های فلزی کاتالیستی ضخیم معمولا موجب تولید نانوتیوب های چند دیواره و یا تولید الیاف کربنی می شود. یکی دیگر از مزیت های روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، امکان تولید لایه های تشکیل شده از نانوتیوب های موازی می باشد. چند مثال از رشد کنترل شده ی لایه های نانوتیوب کربنی در شکل 2 و 3 نشان داده شده است. در حال حاضر، هم لایه های تولیدی از نانوتیوب های تک دیواره و هم چند دیواره، با میزان موازی بودن بالا، تولید شده اند. شکل 2، تصاویر SEM از فیلم های تولیدی از نانوتیوب های کربنی چند دیواره، را نشان می دهد. شکل 3 مثال هایی از رشد نانوتیوب های کربنی چند دیواره با استفاده از روش اصلاح تمپلیت را نشان می دهد. در این روش، اندازه ی ذرات کاتالیست کنترل می شود.
نتایج اخیر نشان دهنده ی قابلیت انعطاف پذیری بالای روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار است. با قرار دادن ذرات کاتالیست بر روی زیرلایه و کنترل شرایط رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، می توان کنترل دقیقی بر روی معماری نانوتیوب، ایجاد کرد. با کنترل های بیشتر بر روی این فرایند، می توان ساختارهایی با تعداد نانوتیوب معین، نانوتیوب هایی با قطر معین و خواص دیگر تولید کرد.

رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار با فراهم آمدن کاتالیست از فاز بخار

علارغم انجام کارهای فراوان بر روی بهینه سازی میزان کاتالیست و نسبت کاتالیست به زیرلایه در فرایند سوب دهی شیمیایی از فاز بخار، کنترل دقیق و استحاله های انجام شده در لایه ی کاتالیستی، قبل و در طی فرایند رشد، هنوز هم به عنوان یک چالش مطرح می شود. یک روش دیگر که در آن، رشد نانوتیوب ها انجام می شود، این است که زیرلایه تحت مخلوط بخاری فروزن- زایلن قرار گیرد. این فرایند در دمای انجام می شود. در عمل، نانوتیوب ها به صورت گرمایی بر روی ویفرهای سیلیکونی اکسید شده، رشد داده می شوند. این کار با استفاده از زایلن به عنوان منبع کربن و فروزن به عنوان کاتالیست آهن، انجام می شود. یک مثال از این نوع مواد تولید شده در شکل 2 (پایین- سمت راست) نشان داده شده است. برای انجام فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، فروزن در داخل زایلن و با غلظت 0.01 گرم بر میلی لیتر حل می شود و در دمای پیش گرم می شود. همراه با این فرایند، فرایند تبخیر انجام می شود و بخارات حاصله به داخل محفظه ی رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار وارد می شود. این محفظه به طور تدریجی تا دمای مناسب تا 800 الی حرارت دهی می شود. در این روش، ذرات کاتالیستی به طور مستقیم به داخل نقطه ی رشد، وارد می شود و از چسبیدن آنها به همدیگر جلوگیری می شود.

رشد انتخابی با روش تحویل کاتالیستی

در حالی که روش تحویل کاتالیستی فاز بخار، مشکل کنترل اندازه ی کاتالیست را برطرف می کند، این روش قابلیت کنترل محل قرارگیری کاتالیست را ندارد و از این رو الگوی نانوتیوب ها به طور انتخابی بر روی زیرلایه ها ایجاد می شود. به هر حال، بسته به الگوهای لایه ی کاتالیستی قرار گرفته بر روی زیرلایه که با استفاده از لیتوگرافی نوری ایجاد شده اند، محل قرارگیری نانوتیوب های کربنی تولید شده با روش رشد کاتالیستی فاز بخار، می تواند با ایجاد تفاوت در زیرلایه، قابل کنترل می باشد. این مسئله باید تذکر داده شود که رشد نانوتیوب ها به طور قابل توجهی به زیرلایه وابسته است. این به طور واضح نشان داده شده است که نانوتیوب های کربنی می تواند بر روی زیرلایه های سیلیسی رشد داده شود ولی این رشد بر روی زیرلایه های سیلیکونی مشاهده نشده است. رشد نانوتیوب ها بر روی سیلیس به صورت موازی با هم انجام می شود. آنالیز TEM نشاندهنده ی این است که نانوتیوب های تولید با این روش دارای قطری بین 30 تا 50 نانومتر و طول آنها چند صد میکرون می باشد.

خواص رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار با روش تحویل کاتالیستی فاز بخار

رشد انتخابی بر روی زیرلایه های سیلیکونی و سیلیسی

این تمپلیت دارای نقش غریبی در فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار می باشد. و به دلیل انتخابی بودن رشد بر روی سیلیکون و سیلیس، این فرایندها به طور جزئی مورد آنالیز قرار گرفته است. یک تصویر بسته از سطح نمونه ها بعد از رشد با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، نشان می دهد که بسیاری از ذرات (مواد فلزی که از پیش ماده ی فروزنی ایجاد شده اند)، بر روی سطح سیلیکون تشکیل شده اند، اما این ذرات ظاهرا به رشد نانوتیوب های کربنی، کمک نمی کنند. به عبارت دیگر، یک لایه ی پر دانسیته از نانوذرات آهن بر روی سطح اکسید سیلیکون مشاهده شده است که موجب می شود تا نانوتیوب ها به صورت موازی قرار گیرند. اندازه ی ذرات مشاهده شده در ناحیه ی اکسید سیلیکون در حدود 20 تا 40 نانومتر بود اما در ناحیه ی سیلیکون، قطر این نانوتیوب ها بزرگتر است. تصاویر TEM از سطح مقطع نمونه ها اطلاعات بیشتری در مورد ذرات آهن دار به ما می دهد. تصاویر TEM از سطح مقطع این بخش ها، نشاندهنده ی زیرلایه ی نانوتیوبی و ذرات دارای آهن است. در اینجا مهم ترین ویژگی، حضور ذرات با اشکال غیر منظم با قطری بین 20 تا 40 نانومتر بر روی سطح ناحیه ی اکسیدی و بخش های داخلی نانوتیوب می باشد. بر روی سطح تمپلیت های سیلیکونی، هیچ اثری از نانوتیوب ها مشاهده نشده است. به هر حال، ذرات بزرگتر و زیرمیکرونی در زیر سطح مشاهده شده است. نتایج حاصل از تفرق اشعه ی الکترونی نشان داده است که این ذرات نانومتری و با شکل غیر منظم که بر روی سطح اکسید سیلیکون قرار دارند، از آهن گاما (FCC) تشکیل شده اند؛ اما بر روی سطح سیلیکون، الگوهای تفرق نشاندهنده ی تشکیل آهن سیلیسید و آهن سیلیکات است.
بر روی تمپلیت سیلیسی، کربن از فاز گازی در داخل ذرات آهن حل می شود. ذرات آهن از تجزیه ی فروزن تشکیل می شوند. ذرات آهن ممکن است به سهولت از کربن اشباع یا فوق اشباع شوند. و بعد از آن، رسوب دهی کربن از سطح ذرات آهن منجر به تشکیل ساختارهای کربنی تیوبی مانند با پیوند SP^2 می شود. تشکیل نانوتیوب ها نیز ممکن است زیرا ذرات آهن به صورت شیمیایی پایدار است و در طی فرایند رشد، اندازه ی مناسبی دارند. در همین زمان، در سطح سیلیکون، یک واکنش شیمیایی میان سیلیکون، آهن و اکسیژن باقیمانده ایجاد می شود و موجب تشکیل ترکیباتی می شود که از لحاظ شیمیایی برای رشد نانوتیوب ها، غیر فعال هستند.

استفاده از زیرلایه های مختلف

همانگونه که در بخش قبل نشان داده شد، در روش تحویل کاتالیستی، تمپلیت نقش حیاتی در رشد نانوتیوب ها ایفا می کند. علاوه بر این، همانگونه که قبلا گفته شد، یک گستره ی وسیعی از زیرلایه ها برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. برای بدست آوردن ویژگی های رشد مختلف، ما از زیرلایه های MgO با جهت گیری های کریستالی مختلف، صفحات SiC، تمپلیت های سه بعدی و صفحات طلا با ضخامت های مختلف، استفاده می کنیم. همانگونه که از طبیعت انتخابی بودن سیلیکون و سیلیس، می توان پیش بینی نمود، سرامیک های پایدار گزینه های مناسبی برای استفاده در ساخت تمپلیت هستند. این مواد واکنش اندکی با کاتالیست می دهند. به عنوان یک روش ثانویه، ما فهمیدیم که تفاوت های میان فعالیت رشد بر روی جهات کریستالی مختلف MgO، مشکل است. مثلا صفحات (111) فعال تر از صفحات (100) هستند. مهم ترین تفاوت میان دو صفحه ی کریستالی از این نقطه نظر این است که (100) یک صفحه ی طبیعی است در حالی که (111) از لحاظ اکسیژن غنی است.

ساختارهای شگفت آور تولید شده از رشد چند لایه

با استفاده از روش های توصیف شده در بالا، تولید ساختارهای مورد نظر، ممکن می شود. برای مثال، می توان با این روش، مواد چند لایه تولید کرد. در مطالعه ی ما، ما قادریم تا لایه های جدید از جنگل های نانوتیوبی تولید کنیم. به هر حال، این شگفت آور است که لایه ی جدید بر بالای لایه ی قبلی رشد داده نمی شود اما این لایه به عنوان یک لایه ی جدید در زیر آن، تولید می شود. در بخش پایینی شکل 4، ما تصاویر SEM از ستون هایی را نشان دادیم که در آنها فرایند رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار به تعداد 8 بار انجام می شود و بنابراین، 8 لایه از جنگل های نانوتیوبی قابل تمیز دادن است. لایه ی بالایی ابتدا رشد داده شده است و لایه های دیگر در زیر آن رشد داده می شوند. این مکانیزم رشد شگفت آور در هر فرایند رشد از فاز بخار بر روی زیرلایه، قابل پیش بینی نمی باشد. چیزی که ما در طی رشد مشاهده می کنیم، این است که هر لایه شامل آرایه های منظمی از نانوتیوب های میکرونی است و رشد از صفحات زیرلایه ای اولیه، آغاز می شود. این رشد حتی بعد از پوشیده شدن کامل زیرلایه با لایه های پیوسته و چند گانه از نانوتیوب ها، ادامه می یابد. برای این که این مسئله رخ دهد، این ضروری است که هیدروکربن و پیش ماده ی فلزی کاتالیستی از طریق فیلم نانوتیوبی چند میکرونی، نفوذ کند و رشد از بالای زیرلایه، انجام شود. این مسئله همچنین بدین معناست که هر زمان، یک لایه ی جدید از عمق جوانه زنی و رشد کند و لایه های دیگر از زیرلایه به سمت بالا حرکت داده می شوند و به سمت لایه های نانوتیوبی که اخیرا ایجاد شده اند، حرکت می کنند. وقتی یک لایه ی جدید به سمت لایه ای قدیمی تر حرکت می کند، یک واکنش که عمدتا بر اساس نیروهای واندروالس می باشد، در میان لایه های مجاور ایجاد می شود و بدین صورت تمام ساختار پا بر جا می ماند. در همین زمان، این لایه ها ممکن است به آسانی از همدیگر جدا شوند و این نشاندهنده ی این است که نانوتیوب های منفرد به طور مداوم از یک لایه به لایه ی بعدی، رشد نمی کنند. اخیرا چندین گزارش در مورد اثبات این نظریه ارائه شده است.

رشد نانوتیوب های چند دیواره نسبت به نانوتیوب های تک دیواره

هدف از کنترل رشد نانوتیوب ها، قرار دادن نانوتیوب ها بر روی جهات ترجیحی با جهت گیری خاص، با حفظ خواص ساختاری، ابعادی و مولکولی نانوتیوب ها و نوع نانوتیوب (تک دیواره یا چند دیواره) می باشد. برخی از این ویژگی ها هم اکنون نیز قابل کنترل می باشند مثلا دانسیته، جهت گیری و اندازه ی دسته های نانوتیوب. پارامترهای کنترلی اصلی عبارتند از دما و کاتالیزور. برای تولید نانوتیوب های تک دیواره، عموما نیاز به دماهای بالاتر (در حدود 1000 تا ) و استفاده از منابع کربنی است که در آنها نسبت کربن به هیدروژن کم تر باشد. نیاز است تا ذرات کاتالیست در اندازه ی نانومتری باشند تا بدین صورت بتوان نانوتیوب های تک دیواره ای با گستره ی قطر بین 0.7 تا 2 نانومتر تولید کرد. برای حفظ اندازه ی کاتالیست در دمای بالا، نیاز است تا لایه های بسیار نازکی از فلز بر روی زیرلایه ایجاد شود یا از فاز کاتالیستی استفاده شود که در دخل ساختارهای خاصی مانند کوپلیمرها یا کامپوزیت های پلیمری، جای داده شده اند. این کار از آگلومره شدن نانوذرات جلوگیری می کند. با اصلاح پارامترهای غوطه وری در روش کاتالیستی، می توان نانوتیوب های تک دیواره تولید کرد. با افزایش دمای واکنش تا ، یک مخلوط از نانوتیوب های تک دیواره و چند دیواره تولید می شود. به عبارت دیگر، محصولات این واکنش متنوع هستند. در سال های اخیر، این سطح از کنترل که محققین برای تولید نانوتیوب های با استفاده از روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، بدست آورده اند، شگفت آور است. با استفاده از این روش، امکان رشد انواع مختلفی از ساختارهای نانوتیوبی با ابعاد مختلف وجود دارد.

نانوتیوب ها و ساختارهای نانوتیوبی تولید شده از طریق رشد تحویلی کاتالیست در فاز بخار

رشد ساختارها بر روی زیرلایه های صفحه ای

برای استفاده از ویژگی رشد انتخابی در روش رسوب دهی شیمیایی از فاز بخار، که در آنها از غوطه وری کاتالیستی استفاده می شود، ویفرهای سیلیکونی که بر روی آنها لایه ای نازک از اکسید قرار گرفته اند، با استفاده از روش لیتوگرافی نوری، تولید می شود و الگوهای سیلیکون و سیلیس ایجاد شده، برای رسوب دهی ساختارهای نانوتیوبی کربنی چند دیواره، استفاده می شود. شکل 5 مثال هایی از نانوتیوب های موازی با هم را نشان می دهد که به طور انتخابی بر روی محل های ترجیحی قرار داده شده اند. تصاویر SEM نشان می دهد که نانوتیوب های موازی با هم، به سهولت بر روی جزیره های سیلیسی و در جهت عمود بر سطح، رشد کرده اند. هیچ رشد نانوتیوبی بر روی سطوح دست نخورده ی سیلیس یا لایه ی اکسیدی محلی، مشاهده نشده است. این نانوتیوب ها به خوبی جهت گیری کرده اند و با دانسیته ای یکنواخت قرار گرفته اند. ارتفاع این بلوک ها با دقت بالا می تواند به نحوی کنترل گردد که بین 10 تا 100 میکرون باشد. این کنترل با تغییر زمان رسوب دهی انجام می شود. تنها ابعاد صفحه ی تمپلیت است که تعداد نانوتیوب را در هر بلوک تعیین می کند. جدایش بین بلوک ها با استفاه از فرایند لیتوگرافی انجام می شود. چسبندگی نانوتیوب به زیرلایه درست بعد از رشد، به سهولت انجام می شود. به هر حال، با اعمال عملیات حرارتی بر روی آنها، این نمونه ها در طی استفاده نیز سالم باقی می مانند. ویژگی های رشد که در شکل 5 نشان داده شده اند، بیان کننده ی کنترل بسیار مناسب بر روی قرارگیری نانوتیوب ها در مکان های مناسب و حفظ الگوهای تمپلیت و انتقال آنها به نانوتیوب ها می باشد. این روش می تواند برای ساخت لایه های نانوتیوبی متخلخل با اندازه ی تخلخل های قابل کنترل و با شکل معین مورد استفاده قرار گیرد. ساختارهای متخلخل با استفاده از یک تمپلیت با یک لایه ی سیلیسی تولید می شوند که این لایه دارای حفراتی با شکل های مختلف است. این حفرات با استفاده از فرایند اچ کردن، تولید شده است.