分会

第四十四分会：纳米碳材料

摘要

大直径单手性单壁碳纳米管（SWCNTs）是碳基电子器件的最终沟道材料。对于标准光学器件的应用，具有1550nm发射波长的单壁碳纳米管具有潜在的可行性，因为硅半导体可以有效地传输该区域的光。因此，大直径手性单壁碳纳米管在碳基电子电路、量子光源和近红外探测器中具有重要的应用前景。虽然已经有了许多分离大直径单壁碳纳米管的方法（如密度梯度超速离心法、凝胶色谱法、双水相萃取法等），但利用共轭聚合物选择性分散单壁碳纳米管因其操作简单而被认为是一种新兴的方法。然而，能够满足光电应用需求的高纯度手性单壁碳纳米管却鲜有报道。为了实现高纯度、大直径的单手性单壁碳纳米管的分选，我们提出了一种手性单壁碳纳米管的分选机制。在分离过程中，聚合物对直径和手性角的选择性共同决定了单壁碳纳米管的最终手性种类和含量。但它只是一个直径分布较窄的手性单壁碳纳米管。进一步纯化是获得单手性单壁碳纳米管的关键步骤。梯次超速离心纯化法（STUP）和梯次提取法（STEP）也得到了发展。首次分离出直径分别为1.24 nm和1.2 nm的新型手性单壁碳纳米管（10,8）和（12,5），并均有着90%以上的手性纯度，其S11吸收峰和荧光发射峰均在1500nm左右。通过结合STEP和STUP策略，有望获得更窄的手性或单手性单壁碳纳米管。这对于基于聚合物下实现高纯度单手性单壁碳纳米管的分离具有重要意义。我们制备了单手性单壁碳纳米管场效应晶体管。结果表明，（10,8）SWCNTs薄膜晶体管的开关比接近107。器件的平均迁移率为51.6cm2·V-1·s-1。这是目前单手性单壁碳纳米管晶体管的最佳性能。同时，纳米级器件的半导体碳管纯度达到99.99%。以上结果有助于高质量手性单壁碳纳米管的可控分离，且极大地推动了碳基电子和光电集成电路研究和发展。

关键词

手性单壁碳纳米管;直径和手性角的选择性;光电性能

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