[发明专利]基于苯基化修饰方法制备半导体性单壁碳纳米管的方法及其制品和应用

说明书

本发明公开了基于苯基化修饰方法制备半导体性单壁碳纳米管的方法及其制品和应用。所述半导体性单壁碳纳米管的制备方法如下：(1)利用化学气相沉积(CVD)在ST‑cut石英上生长单壁碳纳米管。(2)将在ST‑cut石英中生长的单壁碳纳米管转移到将SiO₂/Si基底。(3)将上述SiO₂/Si基底浸泡在过氧化苯甲酰溶液中，取出后用氮气吹干并在拉曼激光下照射，最后用异丙醇清洗并用氮气吹干。将上述反应后的SiO₂/Si基底构建单壁碳纳米管的场效应晶体管，结果表明此方法制备出的半导体性单壁碳纳米管纯度高于90％。该方法方便快捷，一定程度上减少传统分离方法所带来的各种消极因素的影响，为半导体性单壁碳纳米管的控制制备提出了一种新的研究方向。

技术领域

本发明涉及微纳米材料制备技术领域，具体涉及半导体性单壁碳纳米管，特别是指基于苯基化修饰方法制备半导体性单壁碳纳米管的方法及其制品和应用。

背景技术

单壁碳纳米管具有完美的共轭结构和优异的物理性能，自1991年被日本科学家Iijima发现以来，便成为纳米科学领域中研究的热点之一。由于单壁碳纳米管优异的电学、光学及力学等性能使其在纳电子器件、能源转换、生物传感及复合材料等诸多领域具有广阔的应用前景。尤其在纳电子学领域，许多研究表明，硅基CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal Oxide Semiconductor)技术在2020年左右将达到其极限，在为数不多的替代材料中，碳纳米管是唯一可以通过减小器件直至5纳米节点而继续提高系统整体性能的材料。但是通常合成的单壁碳纳米管是半导体性单壁碳纳米管和金属性单壁碳纳米管的混合物，其中约含有1/3的金属性单壁碳纳米管。由于只有半导体性单壁碳纳米管对器件的构建有贡献，金属性单壁碳纳米管的存在会大大降低这些器件的性能，因此获得能用来构建高密度单壁碳纳米管器件的半导体性单壁碳纳米管阵列，对半导体性单壁碳纳米管性质及其器件性能研究具有非常重要的价值和意义。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于苯基化修饰方法制备半导体性单壁碳纳米管的方法。该方法利用了过氧化苯甲酰在拉曼激光的照射下产生苯基并与单壁碳纳米管发生反应。由于金属/半导体性单壁碳纳米管反应活性的差异，我们可以选择性的与金属性单壁碳纳米管进行苯基化反应，使其转变为半导体管，从而使整体的单壁碳纳米管呈现半导体性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是发明所提供一种制备半导体性单壁碳纳米管的方法，包括：

步骤S1利用化学气相沉积(CVD)在ST-cut石英上生长单壁碳纳米管；

步骤S2将步骤S1在ST-cut石英中生长的单壁碳纳米管转移到SiO₂/Si基底上；

步骤S3将步骤S2中的SiO₂/Si基底浸泡在过氧化苯甲酰溶液中，取出并用氮气吹干，然后用532nm拉曼激光照射使之反应，最后用乙醇清洗并用氮气吹干；

步骤S1包括如下步骤：

在生长单壁碳纳米管之前，将所述ST-cut石英进行预处理；

ST-cut石英预处理：超纯水、丙酮、乙醇和超纯水中各超声清洗20min，氮气吹干后，在3h内由室温升至1100℃后恒温8h，再在15h内降温至300℃，再自然降温至室温；

铁、钴、镍、铜作为生长单壁碳纳米管的催化剂，在这里优先选用铁。铁/乙醇溶液的含量为0.01-0.1mmol/L，优选0.05mmol/L；

所述化学气相沉积步骤方法中，碳源是含碳气体或蒸汽压较大并易裂解的含碳液体，具体可为C₂H₄、乙醇、CH₄或异丙醇，在这里优先选用乙醇，乙醇碳源是通过氩气鼓泡乙醇溶液产生的；