[发明专利]一种单一取向碳纳米管喷印排布方法

说明书

一种单一取向碳纳米管喷印排布方法，包括：利用十八烷基三氯硅烷(OTS)等修饰基底，使之表面具有疏水性；在功能化的疏水基底上采用喷墨打印实现取向碳纳米管薄膜位置、取向密度以及图案化的精确可控，排布出密度均匀、取向一致的不同图案的碳纳米管薄膜。本发明的方法可有效控制碳纳米管排布的面积，从几微米到晶圆级尺寸；可解决目前各种排布方法无法高效精确的控制一维纳米材料在基底上的排布位置、排布取向、排布密度以及薄膜阵列的图案化问题；可广泛用于制备各种基于碳纳米管的高性能光电器件、逻辑电路以及功能薄膜，在柔性可穿戴纳米器件领域也有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米加工领域，具体涉及一种单一取向碳纳米管喷印排布方法。

背景技术

碳纳米管是由石墨烯卷曲形成的一维管状分子，它不仅具有石墨烯优异的力学性能、热学性能、高的载流子迁移率等特点，而且由于其一维管状特性、SP2杂化的C-C键结构以及独特的螺旋结构，表现出优异的光电特性，在光电器件、集成电路、功能薄膜等领域具有巨大的应用前景。然而为了制备高性能的碳纳米管光电器件及逻辑电路，充分发挥单根碳纳米管优异的性质，发展新型排布技术实现碳纳米管在器件基底上大面积精确可控的取向排布是关键。

目前碳纳米管取向排布技术主要包括两类：一类是通过化学气相沉积法直接生长取向碳纳米管阵列薄膜；另一类是通过生长后处理排布技术实现碳纳米管薄膜的取向排列。对于生长制备碳纳米管取向阵列，由于碳纳米管结构的不可控，制备的阵列薄膜中包含各种金属性和半导体性碳纳米管，金属性碳纳米管的存在将严重影响碳纳米管光电器件的性能。随着碳纳米管分离技术的发展，生长制备的金属和半导体碳纳米管的混合物通过溶液分离处理技术能够得到有效的分离，从而制备高纯的金属性和半导体性碳纳米管，甚至单一结构的碳纳米管，为制备高性能碳纳米管器件提供了材料保障。目前基于碳纳米管溶液法排布技术主要有电泳法、基板诱导法、蒸发诱导法、LB(Langmuir-Blodgett)法等。然而这些排布技术由于排布效率低、排布工艺复杂、或取向和密度可控性差等缺点，很难满足碳纳米管在微纳电子器件方面的应用研究，迫切需要发展简单、高效、低成本、精确可控的排布技术，实现碳纳米管在器件基底上大面积精确可控的取向排布。

喷墨打印技术是目前沉积碳纳米管薄膜，制备碳纳米管微纳器件最简单、高效、低成本的技术。该技术可以实现碳纳米管薄膜任意图案的打印，无需复杂的光刻、转移等过程，由于制备条件温和，还可以与多种衬底兼容，特别是柔性衬底。然而目前该技术无法实现碳纳米管薄膜的取向排布，限制了其使用和推广。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种单一取向碳纳米管喷印排布方法，以解决上述技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

本发明提出一种单一取向碳纳米管喷印排布方法，其中所述碳纳米管排布于基片上，包括下列步骤：

步骤1，将所述基片浸入食人鱼溶液中；

步骤2，将所述基片浸入硅烷修饰溶液中静置，使该基片具有疏水性表面；

步骤3，喷印碳纳米管分散液到具有疏水性表面的基片上，直接在具有疏水性表面的基片上对墨水图案化；其中，所述碳纳米管分散液是将碳纳米管放入表面活性剂水溶液中采用超声分散方式制成的碳纳米管分散液。

进一步地，所述基片为二氧化硅片、玻璃片、石英、硅片或氮化硅中的任一种。

其中二氧化硅片、玻璃片和石英的具体结构不同。

进一步地，在步骤1中，先将所述基片分别用丙酮、乙醇、水进行超声清洗后，再浸入食人鱼溶液中。

进一步地，在步骤2中，所述基片是在室温下浸入所述硅烷修饰溶液，浸入的时间为1-3小时。