[发明专利]一种金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法

说明书

技术领域

本发明涉及单壁碳纳米管的同步分离与组装方法，特别涉及金属性和半导体性单壁碳的同步分离与组装方法。

背景技术

单壁碳纳米管因其特殊的结构和独特的物理化学性能，使其在很多领域具有潜在的应用价值，如纳米场效应管、场发射平面显示器、纳电子逻辑器件、纳米信息存储器，化学、生物传感器等等。有关碳纳米管的研究成为当今纳米科技领域非常重要的一个组成部分。

不同手性的单壁碳纳米管，具有不同的物理和化学性质，在单壁碳纳米管众多的应用中，如何有效的分离金属性和半导体性的碳纳米管一直是大家追求的目标。目前的单壁碳纳米管合成技术得到的总是不同手性的金属性(33％)和半导体性(67％)碳纳米管的混合产物。有效的从单壁碳纳米管体相混合物中分离出特殊手性的碳纳米管对充分利用碳纳米管的优异性能是非常重要的，这对制备纳电子逻辑器件以及场效应器件、传感器等都是必不可少的。近年来，利用不同手性碳纳米管的化学反应性能不同，对金属应用性和半导体性碳纳米管进行了分离，取得了一定的进展，此外利用电场下不同碳纳米管受力不同，对金属性碳纳米管进行富集，也达到了一定的分离效果。但是进一步对不同手性的碳纳米管进行更可控更充分的分离还是需要解决的问题。

对碳纳米管进行有效的组装对于提高纳米管器件的制备以及使用也是非常重要的。有效的控制碳管的排列方式，使其组装成各种不同的器件设计所需要的结构是构建纳米管器件决定因素，也是现存的主要挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法，该金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法利用在特殊设计的多间隙纳米电极上，不同手性的碳纳米管在电场下受到的介电泳作用力大小不同，实现对金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离和组装；该方法不仅简单、可控、高效，而且，能够有效提高碳纳米管电子逻辑器件以及场效应器件的性能和集成度，为碳纳米管结构的制备和实用化提供了一条可行的途径。

本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法包括：制备金电极的步骤；在电极上刻出间隙的步骤；将上述电极浸入到单壁碳纳米管的N，N-二甲基甲酰胺(N，N-dimethylformamide，DMF)溶液的步骤；施加电场的步骤。

在本发明金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，所述制备金电极的步骤是通过常规光刻(UV Lithography)在含厚度为100nm～1000nm二氧化硅的SiO₂/Si衬底上制备金电极，金通过钛粘结层与基底相连电极的高度为50～200nm。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，在电极上蚀刻间隙的步骤是通过聚焦离子束(FIB)刻蚀的方法在电极上刻出2～18个长1μm～10μm、宽500nm～1000nm、深50nm～200nm的间隙。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，将所述电极浸入到浓度为5mg/L～10mg/L的单壁碳纳米管DMF溶液中。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，在加电场的步骤中，施加的电场大小为2～8V，频率为1～10MHz，施加时间为5～60分钟。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，所述制备金电极的步骤是通过常规光刻(UV Lithography)在含厚度为200nm～800nm二氧化硅的SiO₂/Si衬底上制备金电极，金通过钛粘结层与基底相连电极的高度为60～150nm。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，在电极上蚀刻间隙的步骤是通过聚焦离子束(FIB)刻蚀的方法在电极上刻出3～15个长2μm～8μm、宽600nm～900nm、深80nm～180nm的间隙。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，将所述电极浸入到浓度为5mg/L～10mg/L的单壁碳纳米管DMF溶液中。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，在加电场的步骤中，施加的电场大小为3～6V，频率为2～8MHz，施加时间为5～50分钟。

在本发明的金属性和半导体性单壁碳纳米管的同步分离与组装方法中，所述制备金电极的步骤是通过常规光刻(UV Lithography)在含厚度为250nm～500nm二氧化硅的SiO₂/Si衬底上制备金电极，金通过钛粘结层与基底相连电极的高度为80～120nm。