[發(fā)明專利]窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610088012.3
• 申請(qǐng)日: 2016-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN107089652B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉暢;張峰;侯鵬翔;成會(huì)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C01B32/162
• 分類號(hào): C01B32/162;C01B32/159;B01J23/75;B01J23/745;B01J23/888;B01J23/89
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法，其特征在于，利用嵌段共聚物自組裝法可制備尺寸均一納米顆粒的特點(diǎn)，通過控制溶劑退火、氧化、還原條件，獲得尺寸均一、單分散、部分碳包覆的金屬納米顆粒；以其為催化劑，利用氫氣的弱刻蝕性及相同直徑金屬性碳納米管反應(yīng)活性較高的特點(diǎn)，直接原位刻蝕金屬性碳納米管，獲得高純度、窄帶隙分布半導(dǎo)體性單壁碳納米管；

催化劑結(jié)構(gòu)為部分碳包覆的納米顆粒，顆粒尺寸為2.0～4.5nm；

采用自組裝法制備嵌段共聚物薄膜的過程中，自組裝的嵌段共聚物為濃度為0.2～0.3wt％PS-b-P4VP的甲苯與四氫呋喃混合溶液，甲苯與四氫呋喃的質(zhì)量比1:1～5:1，以3000～5000rpm旋涂于親水處理過的硅片表面；硅片表面的嵌段共聚物薄膜置于甲苯與四氫呋喃的混合蒸汽中溶劑退火6～30小時(shí)，甲苯與四氫呋喃的體積比1:2～1:6；后浸漬于摩爾濃度為0.1～1mM的催化劑前驅(qū)體溶液1～5分鐘，去離子水洗滌干燥后，嵌段共聚物薄膜在空氣plasma中處理的時(shí)間為20～60分鐘；嵌段共聚物薄膜化學(xué)吸附催化劑前驅(qū)體的溶液為41.5～166.2g/L的鹽酸溶液，其催化劑前驅(qū)體為：K₃[Co(CN)₆]、K₃[Fe(CN)₆]、K₂RuCl₅、(NH₄)₁₀W₁₂O₄₁、H₂[PtCl₆]中的一種或者兩種以上，且其中必需含有K₃[Co(CN)₆]、K₂RuCl₅、K₃[Fe(CN)₆]中的一種；

在生長(zhǎng)碳納米管前需要對(duì)部分碳包覆的催化劑進(jìn)行還原處理，還原氣氛為氫氣和氬氣的混合氣體，還原溫度為500～800℃，還原時(shí)間為2～25分鐘；催化劑經(jīng)還原處理后，在700～900℃下以氫氣為載氣化學(xué)氣相沉積制備窄帶隙分布半導(dǎo)體性單壁碳納米管。

2.按照權(quán)利要求1所述的窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法，其特征在于：所生長(zhǎng)的單壁碳納米管帶隙差僅為0.05eV且可調(diào)，半導(dǎo)體性碳納米管含量大于98％。

3.按照權(quán)利要求1或2所述的窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法，其特征在于：通過調(diào)控催化劑的結(jié)構(gòu)和還原過程調(diào)控半導(dǎo)體性碳納米管的帶隙差。

4.按照權(quán)利要求2所述的窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法，其特征在于：利用多波長(zhǎng)拉曼光譜定性估算半導(dǎo)體性單壁碳納米管的含量，根據(jù)Katarulaplots對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)激光所激發(fā)的呼吸模進(jìn)行半導(dǎo)體性及金屬性碳納米管的劃分，統(tǒng)計(jì)在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)呼吸模的個(gè)數(shù)，半導(dǎo)體性碳納米管的含量為半導(dǎo)體性區(qū)域內(nèi)所激發(fā)的呼吸模個(gè)數(shù)與所有呼吸模個(gè)數(shù)的比值。

5.按照權(quán)利要求2所述的窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法，其特征在于：半導(dǎo)體性單壁碳納米管的含量采用吸收光譜定性計(jì)算得到，即將扣除背底后的吸收曲線所對(duì)應(yīng)的S₂₂及M₁₁峰面積積分，利用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

M₁₁，金屬性單壁碳納米管M₁₁峰面積；

S₂₂，半導(dǎo)體性單壁碳納米管S₂₂峰面積；

f，吸收系數(shù)。

6.按照權(quán)利要求1所述的窄帶隙分布、高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管的制備方法，其特征在于：利用這種高純度、窄帶隙半導(dǎo)體性單壁碳納米管所構(gòu)建的薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管兼具高開關(guān)比和高載流子遷移率，展示這種窄帶隙半導(dǎo)體性單壁碳納米管在納電子器件方面的潛在應(yīng)用。