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        1. 蘇州納米所李清文團隊在單手性碳納米管高純度分離技術領域取得進展

            單手性碳納米管是一種很有前途的電子和光電子材料,具有確定的能帶結構和近紅外吸收發射特性,在碳基集成電路,紅外光探測器和量子光源等方面有著很高的應用前景,有望成為下一代碳基電子的核心材料。盡管已經有許多方法(如梯度密度離心法、凝膠色譜法、雙水相法)可以分離得到多種單手性碳管,但是這些單手性碳管的直徑基本在1.1納米以下,晶體管器件性能較低,未能體現出單手性碳管的結構特性。 

            中科院蘇州納米所先進材料部李清文團隊在碳納米管可控分離及器件應用領域已開展了十幾年的研究,發展了一系列共軛分子-碳納米管分離體系,可以獲得高純度的半導體型單壁碳納米管 (Chem. Comm. 2013, 49, 10492; Small 2016, 12, 4993; Carbon, 2016, 105, 448; Adv. Mater., 2017, 29, 1603565; Adv. Mater., 2018, 31, 1800750),并在碳納米管電子器件領域有著一定的進展(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 15719; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 11699)。研究團隊與國內多個團隊開展了深入合作,發現這些高純度半導體碳納米管在碳基集成電路和多功能電路領域實現了眾多突破,獲得了廣泛應用。(Adv. Mater. 2020, 32, 9, 1907288; Nat. Comm., 2021, 12, 1798  

            多年來研究團隊一直在聚合物選擇性分離單手性碳管方向展開深入的研究,合成和篩選了大量不同結構的共軛聚合物體系。發現其中一些含吡啶單元的共聚物對1.2納米直徑的特定手性碳納米管具有獨特的選擇性。在此基礎上,團隊發展了兩種單手性碳管的高純度分離技術:增強超速離心技術(Enhanced Ultracentrifugation E-UCG)多步提取技術(Stepwise Extraction Processing STEP)。分別得到了單手性純度為92.3%(10,8) 碳管和95.6%(12,5) 碳管,手性純度均為已報道的大直徑單手性碳管中的最高數值。這兩種單手性碳管的直徑分別為1.24納米和1.20納米,其S11吸收峰和熒光發射峰分別在1.50 μm1.52 μm,位于通信波長C波段,十分有利于光學集成。研究團隊利用 (10,8) 手性碳管制備了數百個納米級溝道長度的場效應晶體管,測試結果表明,其半導體純度達到99.94%?;?/span> (10,8) 手性碳管制備的微米級溝道薄膜晶體管的性能也很出色,平均開關比約為106,遷移率達到61 cm2·V-1·s-1,遠高于目前已報道的溶液法制備的單手性碳管器件性能。這些結果有助于研究人員更好的理解手性碳納米管與聚合物的結構對應關系,實現聚合物的高效篩選,更高的單手性純度和更好的器件性能將進一步促進碳基電子和光電子的發展。 

            相關成果以“High-Purity Monochiral Carbon Nanotubes with a 1.2 nm Diameter for High-Performance Field-Effect Transistors”為題發表在學術期刊Advanced Functional MaterialsDOI :10.1002/adfm.202107119。論文的第一作者是中科院納米所博士生李亞輝,通訊作者為邱松研究員李清文研究員。本工作得到了國家重點研發計劃 (2020YFA0714700,),國家自然科學基金 (22075312, 21773292)和廣東省重點研發領域計劃 (2019B010934001) 等項目的資助。 

                    1 (10,8)、(12,5) 手性碳納米管的提純方法及其光譜特性 

                    2  (10,8)、(12,5) 手性碳管與已報道結果的比較及其納米器件表征 


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