[發明專利]隔離半導體單壁納米管或金屬單壁納米管及其方法

有效

• 申請號: 201680018223.8
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN107636216B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: Z·鮑;I·波喬羅夫斯基
• 申請（專利權）人: 小利蘭·斯坦福大學托管委員會
• 主分類號: D01F9/12
• 分類號: D01F9/12;B82Y10/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H01B1/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 高宏偉;江磊

本公開的實施方式包括方法、聚合物和復合物。例如，方法實施方式包括提供包含拆解的超分子聚合物和破鍵劑的溶液；向該溶液添加抗溶劑以使超分子聚合物沉淀；以及使沉淀的超分子聚合物與破鍵劑隔離。隔離的超分子聚合物配置成從包含至少兩種電類型的單壁碳納米管(SWNT)的SWNT混合物中選擇性地分散特定電類型的SWNT。

背景

碳納米管(CNT)是展現出有趣和實用性能且可用于各種裝置的獨特的分子結構。示例性的CNT包括單壁納米管(SWNT)和多壁納米管(MWNT)。SWNT具有由六邊形排布的原子構成的圓筒板狀單原子厚的殼體。

CNT因其制造和實施變得更加普遍而被用于數量和差異性不斷增加的各種應用中。例如，高級電子應用正越來越多地考慮使用和/或聯用SWNT。碳基SWNT是至少部分由碳原子組成的中空結構。SWNT可摻雜有其它元素，例如金屬、硼和氮。SWNT正越來越多地被用作導體(例如納米線)，以及被用于形成電子組件，例如場效應晶體管(FET)、開關以及其它組件。

SWNT因具有各種手性(例如幾何特征)而具有以展現出金屬和半導體混合物的方式生長的傾向。例如，SWNT以成束半導體SWNT(S-SWNT)與金屬SWNT(M-SWNT)的混合物的形態生長。M-SWNT顯示出彈道特性，且可理想地為電子裝置提供連接器與電極的傳導。S-SWNT顯示出高移動性，且可用于高電流和高速納米管FET。相較而言，MWNT傾向于以金屬MWNT的形態生長。

上述以及其它問題對各種應用中半導體和/或金屬納米管的隔離提出了挑戰。

發明概述

本發明涉及克服上述和其它涉及上述裝置類型和其它實施方式的挑戰。本發明通過多種實施和應用方式來例示，其中的一些作為實施例總結于下文。

本公開的各方面包括使用和/或形成超分子聚合物。超分子聚合物包含多個非共價地連接以形成超分子聚合物的單體單元。利用脲基嘧啶酮部分(UPy)末端、碳側鏈和骨架中的部分來表征這些單體單元。在各種特定的實施方式中，骨架中的部分包括：芴部分、噻吩部分、苯部分、苯并二噻吩部分、咔唑部分、噻吩并噻吩部分、苝二酰亞胺部分、異靛部分、吡咯并吡咯二酮部分、對映純聯萘酚部分和兩個或更多個上述部分的低聚物或組合。在另一些特定的實施方式中，超分子聚合物以下式表征：

在各種實施方式中，超分子聚合物配置成從SWNT混合物中選擇性地分散特定電類型的SWNT。本文所用的“SWNT混合物”包括捆綁在一起的第一電類型SWNT和第二電類型SWNT。例如，向SWNT混合物添加超分子聚合物以形成未分散的第一電類型SWNT和未分散的超分子聚合物的混合物以及包含第二電類型SWNT和超分子聚合物的分散的復合物。通過例如對混合物進行離心和/或過濾來從分散的復合物中除去未分散的第一電類型SWNT(和未分散的超分子聚合物)。為了隔離第二電類型SWNT，向分散的復合物添加破鍵劑。破鍵劑拆解超分子聚合物并從超分子聚合物中釋放第二電類型SWNT。然后，例如通過離心和/或過濾來使第二電類型SWNT與拆解的超分子聚合物和破鍵劑隔離。

在各種實施方式中，設定和/或調整分散參數以選擇所得到的第二電類型SWNT的純度和收率。例如，在各種特定的實施方式中，調整了超分子聚合物與SWNT混合物之比、SWNT的濃度、聲處理的功率以及聲處理的時間。在一些特定的實施方式中，隔離的特定電類型的SWNT具有0.6～2.2納米(nm)的直徑和/或80～99.99％的純度。