一種制備無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳納米管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單壁碳納米管(single-walledcarbonnanotubes: SWNTS)作為一種最具前景的一維半導(dǎo)體材料已經(jīng)在電子領(lǐng)域獲得極大的關(guān)注。單壁碳納米管包括金屬性的單壁碳納米管(m-SWCNTS)和半導(dǎo)體性單壁碳納米管(s-SWCNTS)，其中，半導(dǎo)體性單壁碳納米管(S-SWCNTs)在分子電子學(xué)和光電學(xué)領(lǐng)域有較多的研究及應(yīng)用。
[0003]通常情況下由于半導(dǎo)體性單壁碳納米管具有較大的比表面積，容易出現(xiàn)團聚的狀態(tài)，因此通過分散劑的作用獲得單分散的半導(dǎo)體性單壁碳納米管已經(jīng)被科研工作者廣泛研究。然而分散劑在幫助半導(dǎo)體性單壁碳納米管單分散的同時也會嚴重影響制備的半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜器件性能。因此，獲得無分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜對于高性能半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜器件的應(yīng)用具有重要的意義。
[0004]目前溶液中去除分散劑的辦法主要從分子設(shè)計的角度去實現(xiàn)。美國斯坦福大學(xué)的鮑哲楠教授通過設(shè)計具有氫鍵的共軛聚合物，在溶液中加入三氟乙酸，使得氫鍵被破壞，分散劑共軛聚合物從碳納米管上脫離下來。但是在此處理過程中碳納米管的純度會嚴重受到分散劑的影響。目前，還沒有報道過通過上述方法成功制備出單分散的半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種解決上述技術(shù)問題的制備無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的方法。
[0006]為解決上述一發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種制備無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的方法，該方法包括以下步驟:
51、將單壁碳納米管與共軛聚合物分散劑共同分散在有機溶劑一中制得分散溶液一；
52、離心處理分散溶液一，收集上清液并將上清液過濾，得到表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管；
53、提供能溶解共軛聚合物分散劑的有機溶劑二，清洗表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管；
54、提供有機溶劑三，將上述清洗后的半導(dǎo)體性單壁碳納米管進行分散制得分散溶液
-* *
55、提供一基底，將分散溶液二采用浸泡或噴涂或旋涂工藝涂覆在所述基底上，在所述基底上獲得無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述共軛聚合物分散劑為聚咔唑，所述有機溶劑一為甲苯或N-甲基吡咯烷酮，所述有機溶劑二為二甲苯或環(huán)己烷，所述有機溶劑三為氯仿或三氯甲烷。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟“SI將單壁碳納米管與共軛聚合物分散劑共同分散在有機溶劑一中制得分散溶液一”具體為:
將單壁碳納米管、共軛聚合物分散劑與甲苯或N-甲基吡咯烷酮混合，超聲分散處理，超聲功率為20W-100W，制得分散溶液一。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S2中的離心轉(zhuǎn)速為1000g?1000000g，時間為0.5 h?20 ho
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S2中使用聚四氟乙烯濾膜過濾，表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管留在濾膜上，部分共軛聚合物分散劑通過濾孔被過濾掉。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟“S3提供能溶解共軛聚合物分散劑的有機溶劑二清洗表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管，得到半導(dǎo)體性單壁碳納米管”具體為:
將表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管浸泡在二甲苯或環(huán)己烷中，先分散處理再離心處理，離心轉(zhuǎn)速為10000-200000g，收集到的沉淀為半導(dǎo)體性單壁碳納米管。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述基底在被分散溶液二涂敷之前用甲苯或丙酮清洗并烘干。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟S4前，重復(fù)步驟S3數(shù)次。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述S2步驟還包括:被過濾掉的部分共軛聚合物再放入步驟SI中，重復(fù)利用。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，所述單壁碳納米管采用化學(xué)氣相沉積法或電弧放電法或激光蒸發(fā)法制備。
[0016]由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
1、通過本發(fā)明的方法制備的無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜可以使得碳管薄膜表現(xiàn)出了碳管的本征性能；
2、該碳管薄膜可以與金屬電極有良好接觸；
3、無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管溶液可以直接采用浸泡、噴涂、旋涂等工藝方法大面積制備高性能碳管薄膜器件，使得碳管薄膜器件無需后續(xù)處理去除分散劑。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實施方式中制備無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的方法步驟流程圖；
圖2a是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用二甲苯清洗前的紫外可見光吸收光譜圖；
圖2b是圖2a的局部放大圖；
圖2c是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用二甲苯清洗后的紫外可見光吸收光譜圖；
圖3是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用二甲苯清洗前后的拉曼光譜對比圖；
圖4a是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用環(huán)己燒清洗前的AFM圖；
圖4b是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用環(huán)己烷清洗前的AFM上碳納米管的高度相位圖；
圖5a是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用環(huán)己燒清洗后的AFM圖；
圖5b是本發(fā)明一實施方式中表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用環(huán)己烷清洗前的AFM上碳納米管的高度相位圖。
【具體實施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0019]參圖1介紹本發(fā)明的一種制備無分散劑半導(dǎo)體性單壁碳納米管薄膜的方法的一【具體實施方式】，該方法具體包括以下步驟:
S1、將單壁碳納米管與共軛聚合物分散劑共同分散在有機溶劑一中制得分散溶液一。具體地，單壁碳納米管為化學(xué)氣相沉積法或電弧放電法或激光蒸發(fā)法生長的單壁碳納米管，其中，單壁碳納米管包括金屬性單壁碳納米管和半導(dǎo)體性單壁碳納米管;共軛聚合物分散劑為聚咔唑;有機溶劑一為甲苯或N-甲基吡咯烷酮(匪P)。將單壁碳納米管、聚咔唑與甲苯或N-甲基吡咯烷酮(匪P)混合，超聲分散處理，超聲的功率為20W-100W，時間為0.5h~2h，制得分散溶液一。
[0020]S2、離心處理分散溶液一，收集上清液并將上清液過濾，得到表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管。將上述分散溶液一離心處理，離心轉(zhuǎn)速為10000 g~1000000 g，時間為0.5 h~20 h，收集上清液，然后再將上清液過濾處理，使用聚四氟乙烯濾膜過濾，表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管留在濾膜上，金屬性的單壁碳納米管和大部分共軛聚合物分散劑通過濾孔被過濾掉，特別地，被過濾掉的共軛聚合物分散劑和金屬性的單壁碳納米管可重新放入Si步驟中，重復(fù)利用其中的共軛聚合物分散劑。
[0021]S3、提供能溶解共軛聚合物分散劑的有機溶劑二，用于清洗表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管，得到半導(dǎo)體性單壁碳納米管。優(yōu)選地，有機溶劑二為二甲苯或環(huán)己烷，二甲苯或環(huán)己烷對共軛聚合物分散劑和半導(dǎo)體性單壁碳納米管的溶解性有差異，能溶解包裹在半導(dǎo)體性單壁碳納米管表面的共軛聚合物分散劑。將表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管浸泡在二甲苯或環(huán)己烷中，先分散處理，再離心處理，離心轉(zhuǎn)速為10000-200000g，收集到的沉淀為半導(dǎo)體性單壁碳納米管。為了將共軛聚合物分散劑盡量洗去，此步驟一般需重復(fù)數(shù)次。
[0022]參圖2a_2c所示，圖2a是表面包裹有共軛聚合物分散劑的半導(dǎo)體性單壁碳納米管用二甲苯清洗前后的紫外可見光吸收光譜圖的對比，從吸收光譜上300-500nm的區(qū)域可以看出，用二甲苯清洗前的共軛聚合物分散劑含量已經(jīng)遠遠超過吸收光譜測試的范圍，清洗過后分散劑含量降低了很多，共軛聚合物分散劑與半導(dǎo)體性單壁碳納米管吸收比為2:1，這個比例既能夠確保半導(dǎo)體性單壁碳納米管在有機溶劑中保持單分散狀態(tài)，又能使得碳管上包裹的共軛聚合物分散劑含量很少。
[0023]參圖3，從用二甲苯清洗前