中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
單壁碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，在柔性和透明電子器件領(lǐng)域可作為透明電極材料或半導體溝道材料，因此被認為是最具競爭力的候選材料之一。開(kāi)發(fā)出可高效、宏量制備高質(zhì)量碳納米管薄膜的方法已成為該材料走向實(shí)際應用的關(guān)鍵難題。首先，迄今制備的單壁碳納米管薄膜的尺寸通常為厘米量級，批次制備方式不能滿(mǎn)足規?；瘧靡?。其次，由于在碳納米管薄膜制備工藝過(guò)程中通常會(huì )引入雜質(zhì)和結構缺陷，使得薄膜的光電性能劣化，遠低于理論預測值。因此，發(fā)展一種高效、宏量制備高質(zhì)量單壁碳納米管薄膜的制備方法具有重要價(jià)值。
近日，中國科學(xué)院金屬研究所先進(jìn)炭材料研究部孫東明團隊與劉暢團隊合作，提出了一種連續合成、沉積和轉移單壁碳納米管薄膜的技術(shù)，實(shí)現了米級尺寸高質(zhì)量單壁碳納米管薄膜的連續制備，并基于此構建出高性能的全碳薄膜晶體管（TFT）和集成電路（IC）器件。研究人員采用浮動(dòng)催化劑化學(xué)氣相沉積方法在反應爐的高溫區域連續生長(cháng)單壁碳納米管，然后通過(guò)氣相過(guò)濾和轉移系統在室溫下收集所制備的碳納米管，并通過(guò)卷到卷轉移方式轉移至柔性PET基底上，獲得了長(cháng)度超過(guò)2m的單壁碳納米管薄膜。對該過(guò)濾沉積過(guò)程進(jìn)行流體仿真，其結果表明當調節出氣口速度使抽濾過(guò)程處于平衡狀態(tài)時(shí)，該過(guò)濾系統中的氣流呈現出均勻的氣流速度分布（圖1）。通過(guò)該方法制備的單壁碳納米管薄膜表現出優(yōu)異的光電性能和分布均勻性，在550納米波長(cháng)下其透光率為90％，方塊電阻為65Ω/□（圖2）。研究人員利用所制備的碳納米管薄膜構筑了高性能全碳柔性透明晶體管（圖3）以及異或門(mén)、101階環(huán)形振蕩器等柔性全碳集成電路（圖4）。
這是研究人員首次開(kāi)發(fā)出米級長(cháng)度的單壁碳納米管薄膜的連續生長(cháng)、沉積和轉移技術(shù)，所制備的單壁碳納米管薄膜及其晶體管具有優(yōu)異的光電性能，為未來(lái)開(kāi)發(fā)基于單壁碳納米管薄膜的大面積、柔性和透明電子器件奠定了材料基礎。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國博士后科學(xué)基金、中科院裝備研制計劃、遼寧百千萬(wàn)人才計劃、青年千人計劃等的支持。單壁碳納米管薄膜的連續制備技術(shù)已獲得中國發(fā)明專(zhuān)利（ZL201410486883.1），相關(guān)論文于近日在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）在線(xiàn)發(fā)表。
