时间: 2024-06-16 15:40:01 | 作者: 胺盐卤素盐
碳纳米管的结构别离和光电子器材制备常常要将生长组成的碳纳米管经过超声处理均匀地涣散在溶液中，然后防止由于碳纳米管聚会导致的器材功能下降。可是，超声涣散处理睬没办法防止地导致碳纳米管的长度全体缩短。为了从具有必定长度散布的碳纳米管涣散液中挑选出具有愈加优异光电功能的长碳纳米管，研讨者们展开了各式各样的长度别离办法，可是都存在着长度分辩率低和别离功率低一级问题。
中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心先进资料与结构剖析要点试验室A05组魏小均副研讨员、刘华平研讨员长时刻致力于碳纳米管的结构别离、表征与运用【Wei, X. et al. Adv. Sci. 2022, 9, 2200054】。近年来，该团队运用尺度排阻法展开了碳纳米管长度别离的研讨，为碳纳米管左右螺旋镜像体的超高纯度别离奠定了重要根底【Wei, X. et al. ACS Nano 2023, 17, 8393】。
最近，该团队展开了一种表面活性剂胶束驱动的高效、高分辩的碳纳米管长度别离技能。
图1：（a）在2% SDS + 0.2% SC的二元表面活性剂体系下静置不一起刻（0−48小时）后，碳纳米管涣散体的相片；（b）静置48小时后碳纳米管涣散液摇晃前后的相片；（c,d）上清液和沉积物中碳纳米管的AFM图（c）和相应的长度散布（d）；（e）上清液和沉积物中碳纳米管的拉曼光谱。
经过调控水溶液中两种表面活性剂的浓度，使碳纳米管涣散液中较长的碳纳米管自发构成聚会并沉积至容器底部，较短的碳纳米管则仍旧悬浮在溶液中。
进一步的比照试验标明，长碳纳米管的选择性沉积能够归因于由两种表面活性剂构成的复合胶束，其占有了具有更大排阻体积的长碳纳米管的自由空间。在此发现的根底上进一步规划了两步选择性沉积的战略，取得的长碳纳米管资料中长度不小于500nm的碳纳米管含量到达99%，其别离功率为26%；取得的短碳纳米管资料中长度小于等于500nm的碳纳米管含量到达98%，其别离功率为64%。
图3：（a）在2% SDS + 0.2% SC二元表面活性剂（左）、2% SDS（中）和0.2% SC（右）单一表面活性剂条件下静置48小时后的碳纳米管涣散液相片；（b）在不同浓度的二元表面活性剂条件下静置48小时后的碳纳米管涣散液相片，其间SDS和SC之间的浓度比固定为2:1；（c）对应（b）中不同浓度条件下上清液和沉积物的份额；（d）长短碳纳米管涣散在SC单一表面活性剂体系（左）和SDS + SC二元表面活性剂体系（中和右）中的示意图，中图和右图别离代表复合胶束揉捏碳纳米管的进程和终态。
与过往报导的碳纳米管长度别离办法比较较，标明活性剂胶束驱动的长度别离技能展示出了更高的长度分辩率和别离功率。
图4：（a）依据不同表面活性剂浓度的两步长度别离进程示意图。（b）依据本办法取得的短、中、长碳纳米管的长度散布。（c）依据传统尺度排阻法（SEC）取得的长碳纳米管的长度散布。（d）不同办法别离的长碳纳米管的均匀长度比较。（e）对应（a）的大规模长度选择性沉积的相片，榜首步为1000 mL（左），第二步为500 mL（右）。
一起，该技能无需任何设备辅佐，能够与依据表面活性剂的各种碳纳米管结构别离技能（包含凝胶色谱法、密度梯度离心法、和两相法等）完美地兼容，而且具有高效宏量制备长碳纳米管的优势。电学测验依据成果得出，比较于短半导体碳纳米管，依据长半导体碳纳米管制备的薄膜晶体管的开态电流增大了10.5倍，载流子迁移率增大了14.7倍，充分体现了长碳纳米管在高功能电子器材运用上的优势。
图5：（a）背栅薄膜晶体管的结构示意图。（b）沟道区域内碳纳米管薄膜的AFM图。（c）在不同Vgs电压下薄膜晶体管的输出特性曲线。（d）比照长、初始和短半导体碳纳米管制备的薄膜晶体管的输出特性曲线。（e-g）运用长（e）、初始（f）、和短（g）半导体碳纳米管制备的薄膜晶体管的传输特性曲线。（h,i）比照用长、初始、和短半导体碳纳米管制备的薄膜晶体管的沟道电阻和触摸电阻（h），以及开态电流和载流子迁移率（i）。
该作业得到了中科院物理所解思深院士和周维亚研讨员的支撑与辅导。物理所联培硕士生凌爽为论文榜首作者，物理所魏小均副研讨员为论文一起榜首/通讯作者，厦门理工学院熊飞兵教授、物理所刘华平研讨员为论文一起通讯作者。上述研讨作业得到了科技部要点研制方案、国家自然科学基金和中国科学院项目的经费支撑。
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