中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
導體材料是信息交互、電能傳輸和力、熱、光、電、磁等能量轉換的基礎性材料，在航空航天、新能源汽車(chē)、電力線(xiàn)路等領(lǐng)域具有重要應用價(jià)值。隨著(zhù)大功率器件的發(fā)展，對輕量化、大載流、高導電性材料的需求越來(lái)越迫切。單根單壁碳納米管（SWCNT）擁有極高的載流能力和電導率，載流能力比傳統金屬銅高出2~3個(gè)數量級，電導率更是銀的1000倍以上。然而，當SWCNT組裝成宏觀(guān)薄膜的時(shí)候，由于碳管間電子/聲子散射的影響，載流能力和電導率會(huì )顯著(zhù)降低，從而制約SWCNT薄膜在大功率器件領(lǐng)域的應用。
針對上述問(wèn)題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員康黎星等提出并研制了新型大載流、高導電碳納米管復合薄膜材料。研究團隊采用化學(xué)氣相輸運法將CuI均勻高效地填充到SWCNT管腔中，制備出CuI@SWCNT一維同軸異質(zhì)結。SWCNT對CuI具有保護作用，保持了CuI的電化學(xué)活性，使其能夠在惡劣的酸性環(huán)境和長(cháng)期電化學(xué)循環(huán)下保持穩定性。研究通過(guò)電學(xué)測量發(fā)現，CuI@SWCNT薄膜相較于SWCNT薄膜具有更優(yōu)的電導率和更強的載流能力，其載流能力提升4倍，達到2.04×107?A/cm2，電導率提升8倍，達31.67 kS/m。?
SWCNT填充CuI后，SWCNT中電子流向CuI，導致SWCNT的費米能級降低；同時(shí)，CuI@SWCNT一維范德華異質(zhì)結中SWCNT的結構未被破壞，載流子依然保持高效的傳遞速率，進(jìn)而使得CuI@SWCNT薄膜具有更高的導電性和載流能力。CuI@SWCNT復合薄膜在未來(lái)高功率電子器件、大電流傳輸等應用中具有潛力。
相關(guān)研究成果以CuI Encapsulated within Single-Walled Carbon Nanotube Networks with High Current Carrying Capacity and Excellent Conductivity為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。
圖1.（a）CuI@SWCNT合成過(guò)程示意圖；（b）CuI@SWCNT的透射電鏡圖像與相對應的模擬透射電鏡圖像（c）和結構模型示意圖（d）；（e）CuI@SWCNT的STEM圖；（f-h）C、Cu、I的EDX元素mapping圖。
圖2.（a-b）SWCNT和CuI@SWCNT的拉曼光譜；（c）SWCNT和CuI@SWCNT的紫外吸收光譜；（d-f）CuI@SWCNT在C 1s、Cu 2p和I 3d中的XPS光譜。?
圖3.（a）CuI@SWCNT器件結構示意圖；（b）SWCNT和CuI@SWCNT器件的I-V特性曲線(xiàn)；（c）SWCNT和CuI@SWCNT的載流能力和電導率對比圖；（d）SWCNT和CuI@SWCNT與其他納米線(xiàn)的載流能力對比圖。?
圖4.（a）CuI和CuI@SWNT的循環(huán)伏安圖，箭頭表示掃描方向；（b）CuI和CuI@SWCNT在10個(gè)充放電循環(huán)后峰值電流衰減；（e-f）SWCNT和CuI@SWCNT的表面形貌圖，以及相同區域對應的表面電位；（g）內嵌CuI后SWCNT的費米能級示意圖。?
