[发明专利]一种基于甲基化修饰制备半导体性单壁碳纳米管的方法

说明书

本发明公开了一种基于甲基化修饰制备半导体性单壁碳纳米管的方法。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基底放入含有过氧化二叔丁基的溶液中，并在紫外氙灯照射，最后用乙醇清洗并用氮气吹干。本发明所制备出的半导体性单壁碳纳米管纯度高于90％。此方法的创新点在于选择不去除金属性单壁碳纳米管，而使其呈现半导体性能。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

本发明属于微纳米材料制备技术领域，具体涉及一种半导体性单壁碳纳米管制备方法。

背景技术

单壁碳纳米管以其完美的共轭管状结构和优异的物理化学性质，自1993被人们发现以来，就迅速成为纳米材料研究的宠儿。单壁碳纳米管在纳电子材料，能源转换领域，功能复合材料，商业化产品等方面具有巨大的潜在应用价值。尤其是在纳电子学领域，研究表明，单壁碳纳米管的载流子迁移率约为10⁹A/cm²，是单晶Si的10倍，由单壁碳纳米管构建的场效应晶体管(field effect transistors，FETs)具有优良的亚阈值斜率，因此单壁碳纳米管被认为是构建纳电子器件的理想材料。然而，我们通常合成的单壁碳纳米管是金属性单壁碳纳米管和半导体性单壁碳纳米管的混合物，金属性单壁碳纳米管的存在大大降低了器件的性能。因此，获得半导体性单壁碳纳米管是研究碳纳米管在纳电子学领域应用的关键。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于甲基化修饰制备半导体性单壁碳纳米管的方法，该方法利用了过氧化二叔丁基在紫外氙灯的照射下产生甲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，以选择性的与金属性单壁碳纳米管进行甲基化反应，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，其技术方案是包括以下步骤：

步骤(1)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(2)将步骤(1)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(3)将步骤(2)中的SiO₂/Si基底放入含有过氧化二叔丁基的溶液中，并在紫外氙灯照射，最后用乙醇清洗并用氮气吹干；

步骤(1)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10min，氮气吹干后，在2h内由室温升至1100℃后恒温8h，再在10h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CH₄、C₂H₄、乙醇或异丙醇，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；

碳源的气体流量为10sccm-500sccm，在这里优先选用30sccm；

还原气氛均为氢气气氛；氢气的气体流量为30-500sccm，在这里优先选用300sccm；

还原气氛所用载气均为氩气；所述载气的气流流量为50-500sccm，在这里优先选用300sccm；