[發明專利]一種基于甲基化修飾制備半導體性單壁碳納米管的方法

有效

• 申請號: 201910289620.4
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110028055B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 胡悅;王贏;錢金杰;黃少銘
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;C01B32/159;C01B32/168;H01L29/12;H01L29/16;H01L29/775
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明公開了一種基于甲基化修飾制備半導體性單壁碳納米管的方法。所述半導體性單壁碳納米管的制備方法如下：(1)利用化學氣相沉積在ST?cut石英上生長單壁碳納米管。(2)將在ST?cut石英中生長的單壁碳納米管轉移到將SiO₂/Si基底。(3)將上述SiO₂/Si基底放入含有過氧化二叔丁基的溶液中，并在紫外氙燈照射，最后用乙醇清洗并用氮氣吹干。本發明所制備出的半導體性單壁碳納米管純度高于90％。此方法的創新點在于選擇不去除金屬性單壁碳納米管，而使其呈現半導體性能。該方法方便快捷，一定程度上減少傳統分離方法所帶來的各種消極因素的影響，為半導體性單壁碳納米管的控制制備提出了一種新的研究方向。

技術領域

本發明屬于微納米材料制備技術領域，具體涉及一種半導體性單壁碳納米管制備方法。

背景技術

單壁碳納米管以其完美的共軛管狀結構和優異的物理化學性質，自1993被人們發現以來，就迅速成為納米材料研究的寵兒。單壁碳納米管在納電子材料，能源轉換領域，功能復合材料，商業化產品等方面具有巨大的潛在應用價值。尤其是在納電子學領域，研究表明，單壁碳納米管的載流子遷移率約為10⁹A/cm²，是單晶Si的10倍，由單壁碳納米管構建的場效應晶體管(field effect transistors，FETs)具有優良的亞閾值斜率，因此單壁碳納米管被認為是構建納電子器件的理想材料。然而，我們通常合成的單壁碳納米管是金屬性單壁碳納米管和半導體性單壁碳納米管的混合物，金屬性單壁碳納米管的存在大大降低了器件的性能。因此，獲得半導體性單壁碳納米管是研究碳納米管在納電子學領域應用的關鍵。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種基于甲基化修飾制備半導體性單壁碳納米管的方法，該方法利用了過氧化二叔丁基在紫外氙燈的照射下產生甲基并與單壁碳納米管發生反應。由于金屬/半導體性單壁碳納米管反應活性的差異，以選擇性的與金屬性單壁碳納米管進行甲基化反應，使其轉變為半導體管，從而使整體的單壁碳納米管呈現半導體性能。

為實現上述目的，其技術方案是包括以下步驟：

步驟(1)利用化學氣相沉積(CVD)在ST-cut石英上生長單壁碳納米管；

步驟(2)將步驟(1)在ST-cut石英中生長的單壁碳納米管轉移到SiO₂/Si基底上；

步驟(3)將步驟(2)中的SiO₂/Si基底放入含有過氧化二叔丁基的溶液中，并在紫外氙燈照射，最后用乙醇清洗并用氮氣吹干；

步驟(1)包括如下步驟：

在生長單壁碳納米管之前，將所述ST-cut石英進行預處理；

ST-cut石英預處理：超純水、丙酮、乙醇和超純水中各超聲清洗10min，氮氣吹干后，在2h內由室溫升至1100℃后恒溫8h，再在10h內降溫至300℃，再自然降溫至室溫；

鐵、鈷、鎳、銅作為生長單壁碳納米管的催化劑，在這里優先選用鐵。鐵/乙醇溶液的含量為0.01-0.1mmol/L，優選0.05mmol/L；

所述化學氣相沉積步驟方法中，碳源是含碳氣體或蒸汽壓較大并易裂解的含碳液體，具體可為CH₄、C₂H₄、乙醇或異丙醇，在這里優先選用乙醇，乙醇碳源是通過氬氣鼓泡乙醇溶液產生的；

碳源的氣體流量為10sccm-500sccm，在這里優先選用30sccm；

還原氣氛均為氫氣氣氛；氫氣的氣體流量為30-500sccm，在這里優先選用300sccm；

還原氣氛所用載氣均為氬氣；所述載氣的氣流流量為50-500sccm，在這里優先選用300sccm；