CN101055834A - 在衬底上定位纳米颗粒的方法以及纳米颗粒阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在一种在构图的衬底上定位纳米颗粒的方法。该方法包括以下步骤：提供具有选择性地定位的凹陷的构图的衬底，并且对所述构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底。使刮刷器构件刮过所述润湿的衬底的表面，以从所述润湿的衬底去除所述施加的纳米颗粒的一部分，从而使所述施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在所述衬底的所述选择性地定位的凹陷中。本发明还旨在一种由定位的纳米颗粒制作碳纳米管的方法。

Description

在衬底上定位纳米颗粒的方法以及纳米颗粒阵列
技术领域
本发明旨在一种在构图的衬底上定位纳米颗粒的方法，以及使用该定位的纳米颗粒制作一维材料的方法。
背景技术
绝缘、半导电以及导电材料的均匀厚度的膜的淀积对微电子工业极为重要。随着电路元件的横向特征尺寸持续缩小(以获得改善的电路性能)，膜厚度的均匀性容差也按比例缩小。常规膜淀积方法例如物理气相淀积、化学气相淀积以及原子层淀积可以在非常大的面积内获得均匀的厚度(处于单原子层的精度)，然而购买和维护这样的系统的费用高昂。并且，存在其它的较低性能类型的微电子应用，其中希望淀积材料的均匀层而不需要高度专业化的(并且昂贵的)淀积系统。
化学合成的纳米颗粒对尺寸和组分高度均匀的材料的制造提供了一种低成本的可供选择的方法。高温溶液相合成法是一种可以通过其制造高度均匀的材料的方法。存在用于制造各种金属、绝缘体以及半导体的方法。简单而言，这些方法制造无机纳米颗粒的溶液，这些无机纳米颗粒的平均直径在1nm至20nm的范围内可调并且其平均直径的标准偏差约为5％。用可以被加工为1-4nm范围长度的有机表面活性剂逐一地涂敷这些纳米颗粒。表面活性剂防止纳米颗粒在溶液中聚积。图1(a)中示出了化学合成纳米颗粒的示意图。
当尺寸均匀的纳米颗粒从溶液淀积到衬底上时，可使尺寸均匀的纳米颗粒将它们自身组装成晶体。如图1(b)中示意性地示出的，由于其均匀的尺寸，球状纳米颗粒将堆积成六方密堆积(HCP)排列。该过程通常称为自组装。其它形状的纳米颗粒将堆积成不同的晶体排列。例如，立方形的纳米颗粒将堆积成立方晶格。这种自组装的一个优点在于，由于纳米颗粒的均匀直径，所形成的膜具有非常均匀的厚度。换言之，由单层纳米颗粒构成的膜的厚度将均匀地为一个纳米颗粒直径。
此外，利用由不同材料构成的纳米颗粒作为生长一维(1-D)材料的催化剂引发了人们越来越浓的兴趣。该技术包括对表面施加(典型地)金属催化剂，然后使用技术例如化学气相淀积生长1维材料。催化剂的尺寸将严重地影响所形成的1-D结构的直径。在几乎所有该类型生长的情况中，必须将衬底(和催化剂)加热到高温(超过400℃并且最高可达1000℃)。然而，在这些高温下，在整个衬底表面范围内分布的纳米颗粒型的催化剂将经常发生聚积，导致具有较宽尺寸分布(由聚积期间的金属扩散确定)的较大尺寸的催化剂，并且最终导致具有较宽尺寸分布的较大直径的1-D材料。
尽管纳米颗粒具有自组装的固有倾向并且纳米颗粒膜具有潜在的优点，与常规膜淀积方法例如物理气相淀积、溅射、或者化学气相淀积相似，不存在在大的区域范围内均匀地淀积纳米颗粒膜的方法。至目前为止，采用四种用于纳米颗粒膜淀积的方法：
1.从溶液淀积，之后进行溶剂蒸发：在该方法中，在衬底上淀积包含溶解的纳米颗粒的溶剂，并且通过受控蒸发去除溶剂。当溶剂蒸发时，纳米颗粒组装其自身成为结晶层。该方法制造精细组装的膜，但是膜的厚度却不受控制。当溶剂蒸发时，形成变化厚度的层。
2.通过衬底浸没(immersion)淀积纳米颗粒膜：在该方法中，衬底被浸没到包含纳米颗粒的溶液中，并且允许其沉底(sit)。随时间的推移，纳米颗粒在溶液中扩散并且找到到达衬底的路径。该方法制造均匀厚度的膜，然而纳米颗粒层却没有被密堆积并且常常包含空隙(没有纳米颗粒的区域)。此外，该方法在表面上处处淀积纳米颗粒层。
3.Langmuir-Blodgett技术：在该方法中，在液体表面上形成纳米颗粒膜。通过在液体上压紧膜，可以使纳米颗粒自组装。通过浸渍涂敷到液体表面上，将膜转移至固体衬底。该方法制造有序的纳米颗粒层，然而却难以控制膜的厚度。通常，膜或者由多层构成，否则就是包含空隙。并且，由于从液体转移到固体衬底的膜的应力，在膜中会出现裂缝。
4.通过旋转浇注(sDin-casting)淀积纳米颗粒膜：在该方法中，包含纳米颗粒的溶液被旋涂到固体衬底上。在溶剂蒸发之后，留下纳米颗粒膜。由于旋转浇注方法的非平衡本质，通过该方法制造的纳米颗粒膜没有被很好地组装。
所有上述四种方法描述了在衬底的整个表面范围内淀积纳米颗粒膜。
发明内容
本发明旨在一种在构图的衬底上定位纳米颗粒的方法。该方法包括以下步骤：提供具有选择性地定位的凹陷(recess)的构图的衬底，并且对所述构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底。使刮刷器构件(wiper member)刮过所述润湿的衬底的表面，以从所述润湿的衬底去除所述施加的纳米颗粒的一部分。结果，将所述施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在所述衬底的所述选择性地定位的凹陷中。
本发明还旨在一种制作碳纳米管的方法。该方法包括以下步骤：提供具有选择性地定位的凹陷的构图的衬底，并且对所述构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底。使刮刷器构件刮过所述润湿的衬底的表面，以从所述润湿的衬底去除所述施加的纳米颗粒的一部分。结果，将所述施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在所述选择性地定位的凹陷中。所述定位的纳米颗粒在所述衬底上形成催化位置，在适宜的加热和反应条件下可以由所述催化位置形成碳纳米管。
本发明还旨在一种位于衬底的凹陷中的纳米颗粒阵列。所述纳米颗粒将典型地具有1nm至50nm的平均直径。
附图说明
通过在结合附图阅览时考虑本发明的以下详细描述，本发明的这些和其它特征将变得显而易见，其中：
图1(a)是具有附着的表面活性剂分子的纳米颗粒的图示描述；
图1(b)是自组装纳米颗粒的图示描述；
图2(a)至2(d)是本发明的方法的示意性表示；
图2(e)是在连续沟道中定位纳米颗粒的图示描述；
图3是在宽度近似等于纳米颗粒的直径的沟道或者孔中定位纳米颗粒的图示描述；
图4(a)至4(d)是本发明的另一方法的示意性表示；
图5是形成的纳米管或者纳米线的图示描述；
图6是在二氧化硅表面上的自组装的多孔聚苯乙烯膜的扫描电子显微照片(SEM)；
图7是在二氧化硅表面中的图6的转移图形的SEM；
图8(a)和8(b)分别是图7的转移图形和通过原子层淀积缩小的转移的孔尺寸的SEM；
图9(a)是在硅衬底中的转移图形的SEM；
图9(b)是通过热氧化缩小的图9(a)的转移图形的SEM；
图10是在根据本发明的方法的刮刷器构件的操作之后具有定位的纳米颗粒的图7的SEM；以及
图11(a)和11(b)是通过本发明的方法形成的碳纳米管的SEM。
具体实施方式
本发明旨在一种在构图的衬底上定位纳米颗粒的方法。该方法包括以下步骤：提供具有凹陷的图形的衬底；对构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底；以及使刮刷器构件刮过润湿的衬底的表面，以从润湿的衬底去除所施加的纳米颗粒的一部分，从而将所施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在凹陷中。
本发明还可以包括加热在选择性地定位的凹陷中设置有所施加的纳米颗粒的剩余部分的刮刷的衬底。加热可以去除有机材料，例如可以附着到纳米颗粒上的有机表面活性剂或者极性溶剂。可选地，该方法还可以包括使刮刷的衬底与清洗剂溶液接触，随后使刮刷器构件刮过衬底的清洗剂接触的表面。在清洗步骤之后，可以加热清洗的衬底，以从纳米颗粒的表面去除有机材料。
该方法提供在衬底的选定区域内纳米颗粒的淀积。该方法提供的一些优点包括以下方面：
1.该方法相对快速。可以仅用几秒钟在几平方英寸的衬底内选择性地定位纳米颗粒。
2.可以在空气中进行纳米颗粒的选择性定位，因此不必需要昂贵的真空系统。
3.可以通过纳米颗粒的平均颗粒直径控制由定位的纳米颗粒形成的所产生的膜的厚度。例如，单层将主要具有一个直径的厚度，而双层将主要具有两个直径的厚度。
4.刮刷器构件的所产生的作用实质上从衬底的不需要的区域例如顶面去除了纳米颗粒，因此提供了没有纳米颗粒的衬底区域。
5.纳米颗粒膜可以与衬底上的其它部件对准。
6.该方法便于在衬底上分离纳米颗粒以便随后的对衬底的例如用于形成一维材料例如碳纳米管的加热不会使纳米颗粒聚积。结果，形成的材料将具有均匀的线尺度(linear dimension)或者直径。
图2中描述了本发明的一个实施例的示意性表示。如图所示，初始步骤是使衬底构图有多个凹陷。可以使用已知的平版印刷技术例如照相平版印刷术、压印平版印刷术、电子或者离子束平版印刷术以构图衬底。例如，可以使用反应离子蚀刻、化学蚀刻、离子束蚀刻、或者溅射将平版印刷图形转移到衬底。然后去除平版印刷掩模材料，留下具有凹陷图形的衬底10，如图2(a)所示(示出了单个凹陷12的截面)。还可以使用非平版印刷技术例如聚合物自组装(和可选择的蚀刻步骤)或者对铝膜的阳极蚀刻以提供构图的掩模，通过该构图的掩模在衬底中形成凹陷。
将在给定溶剂16中的纳米颗粒14的悬浮液(浆料)或者溶液施加到构图的衬底，以形成润湿的衬底，如图2(b)所示。在蒸发溶剂之前，将刮刷器构件18设置为与润湿的衬底接触，并且使刮刷器构件18刮过表面，如图2(c)所示。刮刷器构件可以由弹性材料制成。例如，刮刷器构件可以包含聚二甲基硅氧烷(PDMS)。当然，也可以使用具有与PDMS相似的特性的其它弹性材料。刮刷器构件实质上用作“刮浆刀(squeegee)”，以从衬底的非凹陷区域去除纳米颗粒和过量的溶剂，因此，刮刷器构件具有均匀的边缘是优选的。刮浆刀的作用还有助于将纳米颗粒导入衬底的凹陷区域。可以重复对于在衬底的凹陷区域中定位纳米颗粒14是必要的次数的多次润湿和使刮刷器构件刮过构图的衬底的表面的操作，如图2(d)所示。
在定位纳米颗粒之后，可以用清洗溶剂清洗或者冲洗衬底。再一次，可以使用刮刷器构件去除多余的清洗溶剂。
在定位纳米颗粒之后，可以加热衬底以便去除附着到定位的纳米颗粒的表面的有机材料。加热还可以用于烧结定位的纳米颗粒，以在衬底的凹陷区域内形成连续的膜。因为纳米颗粒层凹陷在衬底表面之下(参见图2(d)和2(e))，所以所产生的膜的顶部将与衬底表面共面。如图2(d)和2(e)中所示，可以由凹陷的深度和纳米颗粒的直径在一定程度上控制膜的厚度。结果，该方法可以提供对所产生的膜的厚度均匀性的更大控制。
在另一实施例中，构图的凹陷的深度比单个纳米颗粒的直径高，从而每个凹陷容纳多于单层的纳米颗粒，参见图2(e)。如果凹陷的区域的直径介于一个纳米颗粒的直径宽和两个纳米颗粒的直径宽之间，那么可以形成层叠在彼此的顶部上的单个纳米颗粒的多层，参见图3。然后可以烧结定位的纳米颗粒，以在衬底中形成选择性材料的连续沟道，例如在介电衬底中(由Cu纳米颗粒)形成铜布线。所产生的铜布线将具有可与初始的纳米颗粒的直径相比的直径。
本发明还旨在一种在衬底的凹陷中定位的纳米颗粒阵列，其中纳米颗粒具有1nm至50nm的平均颗粒直径。在一个实施例中，凹陷和定位的纳米颗粒具有可比的直径，以便在凹陷内层叠定位的纳米颗粒。然后可以使用纳米颗粒的阵列作为模板以形成一维材料。
在衬底上纳米颗粒的定位还可以被用于引晶(seed)一维材料例如纳米线或者纳米管的生长。在一个实施例中，可以构图衬底20，以便单独的凹陷柱22可与纳米颗粒24的颗粒尺寸相比。如果平均凹陷直径介于一个平均纳米颗粒直径宽与两个平均纳米颗粒直径宽之间，将在每个凹陷22中定位单个纳米颗粒24，如图4(d)所示。可以将与关于图2(a)至2(b)所描述的相同方法用于在每个凹陷柱中定位纳米颗粒，如图4所示。
可以使用已知的化学气相淀积方法生长纳米线或者纳米管，如图5所示。在这种情况下，将纳米颗粒，典型地，金属或金属氧化物纳米颗粒用于引晶纳米管/纳米线30的生长。在许多情况下，可以由纳米颗粒的平均直径控制所产生的一维材料的平均直径。可以通过这样的模板合成法制作的一维材料的一个实例是通过化学气相淀积形成的碳纳米管。
本发明还旨在一种制作碳纳米管的方法。形成的碳纳米管可以具有1nm至50nm或者约2nm至约10nm的平均直径。该方法包括以下步骤：提供具有凹陷图形的衬底，以及对构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底。使刮刷器构件刮过润湿的衬底的表面，以从润湿的衬底去除所施加的纳米颗粒的一部分，从而将所施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在凹陷中。一旦纳米颗粒被定位在凹陷中，在适宜的反应条件下对刮刷的衬底的加热提供催化位置，从该催化位置形成碳纳米管。在一个实施例中，纳米颗粒包括氧化铁。
通过普通技术人员公知的任何适宜的生长技术，形成碳纳米线或者碳纳米管。例如，可以使用包括但不限于一氧化碳、乙烯、甲烷、乙炔、乙炔和氨的混合物、乙炔和双氮(dinitrogen)的混合物、乙炔和二氢(dihydrogen)的混合物以及二甲苯的任何适宜的气态的或者汽化的含碳反应物，通过化学气相淀积(CVD)或者等离子增强化学气相淀积(PECVD)，在适合促进碳生长的生长条件下，在定位的纳米颗粒上生长碳材料。在这样的淀积方法中，典型地将衬底加热到足以促进和/或加速CVD生长的温度。可以将添加剂与反应物混合以促进单壁纳米管的合成、多壁纳米管的合成，或者增加纳米管的伸长速率或长度。
反应剂与纳米颗粒发生化学反应，以便使碳材料成核并且在成核之后维持碳材料的生长。一种可以生长的这种碳材料是碳纳米管。碳纳米管典型地被描述为由键合的碳原子的精确排列的六边形环构成的中空圆柱管。碳纳米管可以是类似同心圆柱体的多壁纳米管或者可以是单壁纳米管。碳纳米管将通常从定位的纳米颗粒出发沿着通常垂直于或者近似垂直于衬底水平表面的方向延伸。希望碳纳米管具有统计分布的高度或者长度。
在一个实施例中，如在2003年10月22日提交并受让给InternationalBusiness Machines Corporation的美国专利申请序列号10/689,675中所述，可以由定位的纳米颗粒生长单壁纳米管，在此引入其整个公开内容作为参考。该专利申请描述了一个普通技术人员可以如何基于对反应室中气体的停留时间的控制例如通过控制压力或气体流速、或者两者的组合来控制CVD或者PECVD生长的碳纳米管的直径。如Grill在由IEEE press于1994年出版的“Cold Plasma in Materials Fabrication From Fundamentals toApplications”的第91页中所定义的，气体停留时间是：tr＝pvolr/Q；其中p＝压力(大气压)，volr＝反应室体积(cm3)以及Q＝总质量流量(sccm)。气体停留时间是反应室中气体的平均时间的量度。因此，如果流量恒定而压力增加，则停留时间增加，并且如果压力恒定而流量增加，则停留时间减少。停留时间典型地为约1分钟至约20分钟，并且更典型地为约1分钟至约10分钟。典型地通过控制反应室中的压力、流量、或者压力和流量两者确定停留时间。通过改变CVD或者PECVD反应室中的先驱物(precursor)气体的停留时间(例如改变生长压力和/或流速)，可以形成具有约0.2纳米至几个纳米的直径的碳纳米管。
在本发明的方法中，可以使用任何已知的衬底材料，包括：硅、二氧化硅、氮化硅和金属例如铝、钨、铜、金或者铂。
在一个实施例中，在已通过热氧化在硅衬底上生长的二氧化硅薄层(40nm)上形成多孔聚合物膜。然后使用与文献(参见例如K.W.Guarini，et al.，Advanced Materials，14 1290(2002)，或者T.Thurn-Albrecht，et al.，Advanced Materials，12，787(2000)，或者其中包含的参考文献)中描述的技术类似的二嵌段共聚物(diblock copolymer)构图技术，构图多孔聚合物膜。例如，通过从稀释溶液旋转浇注，在二氧化硅膜(衬底)上形成无规共聚物刷层(brush layer)，接着进行热处理，并且随后进行溶剂冲洗。通过旋转浇注对该表面施加包括适宜厚度的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的二嵌段共聚物膜，并通过热退火使其自组装。退火之后，将聚合物涂敷的衬底暴露到紫外光(该步骤是可选的)并且将其浸入到乙酸中，接着用水冲洗并在氮气中干燥。所产生的膜包括具有在表面上六角排列的孔的多孔聚苯乙烯材料。孔的尺寸和间距依赖于二嵌段共聚物的分子量。在该实施例中，例如，孔尺寸为直径约20nm，并且孔中心与中心之间的距离约为40nm。图6是所产生的多孔PS膜的扫描电子显微镜(SEM)图像。
然后使用等离子蚀刻将多孔PS图形转移到下伏的二氧化硅膜。可以使用的其它可能的技术包括湿法化学蚀刻、离子束蚀刻或者物理溅射。在等离子蚀刻之后，使用氧等离子体去除PS膜。也可以使用有机溶剂、酸、或者臭氧以去除PS。在图7中示出了所产生的多孔氧化物膜的SEM图像。可以通过等离子体蚀刻的时间控制孔的深度，同时通过由依赖于构图的衬底的应用而形成的PS膜确定孔直径和间距。在该实施例中，例如，氧化物孔直径约为20nm，并且间距约为40nm，以及孔深度为10nm至40nm。
可以通过一种或多种化学技术进一步调整所产生的孔的尺寸。例如，可以在多孔氧化物表面上使用保形膜淀积(例如原子层淀积、化学气相淀积或者溅射)。例如，我们可以在氧化物表面上原子层淀积氮化钽来减小孔直径，如图8(a)和8(b)所示。在该情况下，孔直径被减小了约45％变为约14nm(初始约为26nm)。用于缩小平均孔直径的化学技术可以将平均孔直径减小至约10nm，或者小至约5nm。注意该技术不改变孔间距，而仅仅改变孔直径。
可选地，如果衬底是硅而不是二氧化硅，则可以使用热氧化作为缩小孔尺寸的方法。由于氧化物占据的体积大约是硅的体积的两倍，对多孔硅表面的氧化减小孔尺寸。图9(a)和9(b)中示出了这种方法的结果。
对示于图7中的多孔衬底施加在辛烷溶剂中的平均直径为14nm的纳米颗粒溶液。在溶剂中纳米颗粒的浓度小于1重量％。然后通过用悬浮液(包含纳米颗粒的溶液)完全覆盖衬底，用悬浮液润湿衬底表面。通过使用移液管淀积悬浮液完成该步骤，或者可选地可以将衬底浸入纳米颗粒悬浮液中。
在本发明的方法中使用的纳米颗粒在直径上通常是单分散性的，并且在许多情况下，具有与多孔表面的平均孔直径差别不大的平均直径。典型的平均纳米颗粒直径约为1nm至20nm，并具有小于平均直径的约15％的标准偏差。最佳地，平均纳米颗粒直径的分布范围小于平均直径的5％。可以将纳米颗粒分散在有机溶剂中例如己烷、辛烷、癸烷、或十二烷、或者其混合物。
当衬底仍被包含纳米颗粒的溶液润湿时，将弹性刮刷器(刮浆刀)设置为与衬底接触并且刮过表面。刮浆刀的刮刷操作从衬底去除多余的包含纳米颗粒的液体。使用清洗溶剂(己烷、辛烷等)预润湿刮刷器是有利的。并且，可以使刮刷器移动穿过表面任何多的次数。
如果平均纳米颗粒直径与衬底表面的孔的尺寸大致匹配，那么可以在表面上的大多数孔中淀积单个纳米颗粒。图10示出一个这样的多孔表面的扫描电子显微镜图像，其中超过90％的孔被单个纳米颗粒填充。在该情况下，纳米颗粒由氧化铁构成并且具有14nm的平均直径。
在衬底的大多数孔中设置单个纳米颗粒之后，使用纳米颗粒作为碳纳米管生长的催化位置。该技术的一个优点为，纳米颗粒被物理地限制在衬底的孔中，因此防止了纳米颗粒在高温纳米管生长工艺期间的聚积。例如，使用化学气相淀积，在管式炉中孔填充衬底的设置导致形成碳纳米管。将管式炉加热到800℃的温度，同时通入包含碳氢化合物的气体。图11(a)和11(b)示出了所产生的由设置在衬底上的单独的催化剂生长的多壁碳纳米管。

Claims (20)

1.一种在构图的衬底上定位纳米颗粒的方法，包括以下步骤：
提供具有选择性地定位的凹陷的构图的衬底；
对所述构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底；以及
使刮刷器构件刮过所述润湿的衬底的表面，以从所述润湿的衬底去除所述施加的纳米颗粒的一部分，从而将所述施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在所述选择性地定位的凹陷中。
2.根据权利要求1的方法，还包括加热在所述选择性地定位的凹陷中设置有所述施加的纳米颗粒的所述剩余部分的所述刮刷的衬底。
3.根据权利要求1的方法，其中所述纳米颗粒具有约2nm至50nm的基本上均匀的平均直径。
4.根据权利要求3的方法，其中所述纳米颗粒具有约1nm至约10nm的平均直径。
5.根据权利要求1的方法，其中所述定位的凹陷的平均直径介于所述纳米颗粒的平均直径的一倍与两倍之间。
6.根据权利要求1的方法，还包括使所述刮刷的衬底与清洗剂溶液接触，随后使所述刮刷器构件刮过所述衬底的所述清洗剂接触的表面，并且加热在所述选择性地定位的凹陷中设置有所述施加的纳米颗粒的所述剩余部分的所述清洗的衬底。
7.根据权利要求1的方法，其中所述刮刷器构件是具有均匀边缘的弹性构件。
8.根据权利要求5的方法，其中所述刮刷器构件包括聚二甲基硅氧烷。
9.一种由权利要求2的选择性地定位的纳米颗粒制备的一维材料，其中所述纳米颗粒是用于生长所述一维材料的催化位置。
10.根据权利要求9的一维材料，其中通过所述定位的纳米颗粒的直径控制所述一维材料的直径。
11.根据权利要求10的一维材料，其是通过化学气相淀积形成的碳纳米管。
12.一种制作碳纳米管的方法，包括以下步骤：
提供具有选择性地定位的凹陷的构图的衬底；
对所述构图的衬底施加纳米颗粒的溶液或者悬浮液以形成润湿的衬底；
使刮刷器构件刮过所述润湿的衬底的表面，以从所述润湿的衬底去除所述施加的纳米颗粒的一部分，从而将所述施加的纳米颗粒的大量的剩余部分设置在所述选择性地定位的凹陷中；
加热在所述选择性地定位的凹陷中设置有所述施加的纳米颗粒的所述剩余部分的所述刮刷的衬底，以在所述加热的衬底上形成催化位置；以及
由所述催化位置形成所述碳纳米管。
13.根据权利要求12的方法，其中所述纳米颗粒包括氧化铁。
14.根据权利要求12的方法，还包括使所述刮刷的衬底与清洗剂溶液接触，随后使所述刮刷构件刮过所述衬底的所述清洗剂接触的表面。
15.根据权利要求12的方法，其中所述形成的碳纳米管具有10nm至50nm的平均直径。
16.根据权利要求12的方法，其中所述纳米颗粒具有1nm至50nm的平均直径。
17.一种在衬底的一个或者多个凹陷中定位的纳米颗粒阵列，其中所述凹陷和所述定位的纳米颗粒具有可比较的直径，以便将单个纳米颗粒定位在所述一个或者多个凹陷内。
18.根据权利要求17的纳米颗粒阵列，其中所述一个或者多个凹陷的平均直径介于所述纳米颗粒的平均直径的一倍与两倍之间。
19.一种由权利要求17的定位的纳米颗粒的阵列制备的一维材料，其中所述纳米颗粒是用于生长所述一维材料的催化位置。
20.根据权利要求19的一维材料，其是通过化学气相淀积形成的碳纳米管。
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