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奈米碳管分離量產技術問世

在製造單壁式奈米碳管(single-walled carbon nanotube, SWCN)時,金屬性與半導性碳管會同時產生,儘管兩者皆有其應用價值,但混在一起對於製作奈米碳管電子元件而言卻是一大困擾。最近美國與南韓研究人員提出一種簡單的新方法,能以聚合物有效率地分離出半導性奈米碳管。

奈米碳管可以分成兩大類,「單壁奈米碳管(SWCN)」與「多壁奈米碳管(MWCN)」,各有其特性與用途。圖片來源:維基百科(http://0rz.tw/jpoYO)

SWCN 的結構可視為捲曲的石墨烯片,其捲曲方向又稱為對掌性(chirality)或旋向性(handedness),決定了奈米碳管的導電性質。奈米碳管的體積微小且能傳導大電流,所以非常適合作為奈米電子元件的建構單元。例如,金屬性碳管可用來製造透明導線,而半導性碳管則能製作出奈米級電晶體。

儘管已有許多技術可分離金屬性與半導性奈米碳管,大部分方法不僅不易進行,亦難提升至工業量產規模。最近,史丹佛大學的 Zhenan Bao 團隊與三星電子的研究人員共同研發出一種新技術,藉由聚合物(rr-P3DDT)選擇性地與半導性奈米碳管作用並將其分離。

研究人員將奈米碳管與聚合物混合於一有機溶劑中並進行超音波振洗。聚合物 rr-P3DDT 會溶於此溶劑中,碳管本身則不然。然而,半導性碳管會與此聚合物產生交互用,並因此一起溶解於溶劑當中,於是研究人員以離心機就能過濾出不可溶的金屬性奈米碳管。此方法的優點是可以大量生產,此外,由於此 rr-P3DDT 為半導性,因此在製程結束後不需刻意將其移除。

該團隊利用分離出的半導性奈米碳管製作出 190 個短通道元件。經由實驗量測電性發現,所有元件皆具半導特性,其平均開關電流比約在 106 左右。研究人員表示,這些半導性奈米碳管可用來製作高效能電晶體,應用於太陽電池的主動層材料中,以及各種類型的化學及生物感測元件。詳見 ACS Nano 6 , pp.2487–2496 (2012)|DOI: 10.1021/nn204875a。

譯者:莫偉呈(茂迪太陽能)
責任編輯:劉家銘
原文網址:Polymer helps separate CNT mix—nanotechweb.org

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2012-05-12]

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