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我國科學家在原位纏繞超長碳納米管制備單色碳納米管線團研究中取得重要進展

作 者:黑石新材關注:358發表時間:2018-02-21 00:00:00

大乐透走 www.fkuvdn.com.cn   在***自然科學基金項目(項目編號:21636005)等資助下,清華大學魏飛教授課題組相關研究成果于11月30日以“Acoustic-assisted assembly of an individual monochromatic ultralong carbon nanotube for high on-current transistors(聲輔助組裝單根單色超長碳納米管用于高電流輸出晶體管)”為題在Science Advances發表。論文鏈接://advances.sciencemag.org/content/2/11/e1601572。該研究將全同手性、宏觀長度的單根超長碳納米管纏繞成大面積線團,為制備高密度、手性一致碳納米管這一世紀難題提供了一條全新路線,在新一代碳基電子器件領域具有極大應用潛力。

  伴隨著可移動智能設備、云存儲和大數據處理的廣泛應用,快速發展的信息產業對下一代更快、更節能的半導體材料提出了更高的要求。碳納米管電子空穴高遷移率與本征半導體結構使其具有優異的電學性能,有望取代硅成為下一代碳基集成電路的核心材料。目前制約高性能碳納米管晶體管規?;τ玫墓丶謨謚票復罅渴中砸恢?、高密度的碳納米管材料。IBM表示:要想實現下一代基于碳納米管的高性能電子器件,其半導體純度應達到99.9999%,密度應達到125根/微米,即制備出單一顏色、相同手性的碳納米管粉體是碳納米管制備的***目標。

  魏飛教授帶領團隊向超長碳納米管所處穩定的層流生長體系中引入低頻聲波,使得漂浮的超長碳納米管在渦流的作用下纏繞成平方毫米級面積大小的線團,將單根分米級長度、2納米直徑的超長碳納米管原位卷繞成高密度、單色碳納米管線團。實現上述單色碳納米管線團的另一核心是使用了作者設計開發的新型層流方形反應器制備大面積超長碳納米管的技術。研究人員觀察統計發現,線團的尺度與施加聲波的頻率和氣速有關,可以用自然界中描述魚擺尾或鳥揮翅產生推進力的斯特魯哈爾數模型來表示,其自發的組裝過程滿足最小能量耗散機制。這種碳納米管線團具有全同手性結構,在超連續激光激發下呈現單一顏色。根據顏色及光譜信息,研究人員篩選出半導體碳納米管線團制作晶體管器件,開關比103~106,輸出電流4.4毫安,不僅實現了高開關比與高輸出電流兼備,而且也是目前基于單根碳納米管制作的晶體管器件的***輸出電流記錄。

  該工作是魏飛教授團隊繼2013年制備出世界上最長半米長碳納米管后又一創新性應用工作。這種利用單根宏觀長度、結構一致的超長碳納米管卷繞成微米至毫米級單色線團,可使原來十分難以操縱與分離的碳納米管,變為一個毫米級顆粒的識別與分撿問題,為大量制備單色碳納米管線團粉體創造了一個可行的技術路線,為實現碳納米管在高端電子產品及柔性電子器件中的應用,推動***微電子行業發展提供了可能的方法。


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