论文部分内容阅读
单壁碳纳米管(SWCNTs)以其优异的物理、化学性质，在电子学领域表现出极大的应用优势。然而批量生产得到的SWCNTs都是不同导电属性和手性的混合物，这很大程度上限制了SWCNTs在电子领域的应用。共轭聚合物选择性分离技术以其简单、高效、可规模化等优势成为当前SWCNTs分离领域的研究热点。本论文以SWCNTs在微纳电子器件中的未来应用为牵引，旨在通过咔唑类聚合物分离得到高纯度半导体型单壁碳纳米管(s-SWCNTs)和单手性的s-SWCNTs，探讨共轭聚合物结构对选择性分离SWCNTs的影响，初步探索分离后s-SWCNTs在大面积薄膜晶体管中的应用。主要研究结果如下： 1.设计和合成了一组新型咔唑类共轭聚合物分子。基于实验和结构分析，得出氮原子掺杂引起的共轭聚合物的能带和偶极矩变化以及烷基链变化引起的空间位阻减小是聚咔唑类共轭聚合物选择性分散能力提高的主要原因。通过结构对比和条件优化，得到聚[9-（十七烷-9-基）-9H-咔唑](PCz)分离碳管的最佳条件，结合光谱和纳米器件分析，证明了PCz分离的大管径s-SWCNTs的纯度可以达到99.9％以上。 2.进一步考察共轭聚合物分子结构和空间构型对单一手性SWCNT选择性分离的影响。研究发现，聚[(9-(十七烷-9基)-9H-咔唑-共-吡啶](PCP)和聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-吡啶](PFP)分别从高压一氧化碳高温下合成的单壁碳纳米管(HiPco)中选择性分离得到(13，3)和(10，8)两种单手性/窄手性SWCNTs。基于实验结果和逻辑推理，得出共轭聚合物骨架的空间结构、电子云密度和能带变化是影响共轭聚合物对SWCNTs的管径选择性和手性角选择性主要因素。 3.研究高密度、均一薄膜的制备方法，得出SWCNT/聚合物质量比和碳管浓度是影响网络薄膜形成的主要因素。与SiO2基底相比，六甲基二硅胺(HMDS)修饰的SiO2基底吸附碳管的能力更强，有利于形成更高密度、更均匀的网络。通过多次浸涂的方式制备的大面积器件表现出很好的性能和均一性。80％的器件开关比达到105-106，迁移率达到28-67.5 cm2V-1s-1。