[发明专利]一种碳炔薄膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，特别是涉及一种碳炔薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

碳的同素异形体能够在不同的结构体系中形成结构独特的纳米级原件，例如富勒 烯、碳纳米管、石墨烯和碳炔。碳炔作为一种sp杂化碳的一维线性化合物，具有优异 的性能，如优异的机械行为、室温超导、非线性光学性质，和高贮氢能力(K.S. Novoselov,A.K.Geim,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science 2004,306,666-669.R.B. Heimann,J.Kleiman,N.M.Salansky,Nature 1983,306,164-167)。1972年，沃尔顿首 次通过化学合成的方法将碳炔材料的共轭单元C≡C提高到16个。近年来，研究发现 具有大共轭平面的碳材料的性能与石墨不同，具有一定的金属特性，表现出高极化和 三阶非线性光学性质(F.Diederich,Nature 1994,369,199-207)。2010年，我们首次在 国际上通过化学反应合成了石墨炔。石墨炔是一种由sp和sp²杂化形成的单原子层结 构的二维新型的碳的同素异形体(G.X.Li,Y.L.Li,H.B.Liu,Y.B.Guo,Y.J.Li,D.B. Zhu,Chem.Commun.2010,46,3256-3258)，它具有高共轭、电子可调谐的性能，使其 广泛的应用于气相分离薄膜、催化、储能材料和电池的负极材料(C.S.Huang,S.L. Zhang,H.B.Liu,Y.J.Li,Nano Energy 2015,11,481-489)。如果石墨炔的sp²的苯环基 团被sp²的乙烯基团取代，二炔基之间的共轭程度将会进一步增强，因此可以预期二 维碳炔将具有高的导电性。理论研究表明，这种二维碳炔材料是具有广阔应用前景的 半导体材料(N.Narita,S.Nagai,S.Suzuki,K.Nakao,Phys.Rev.B 1998,58, 11009-11014)。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳炔薄膜及其制备方法与应用。

本发明提供了一种式I所示聚合物，

所述式I中，n为10-100000。

另外，由式I所示聚合物构成的碳炔薄膜，也属于本发明的保护范围。

所述碳炔薄膜的厚度为200nm-1μm，具体可为200nm、500nm或1μm；

所述碳炔薄膜的电导率分别为1.1×10^-2S/m-1.6×10^-2S/m，具体可为1.1×10^-2S/m、1.4×10^-2S/m或1.6×10^-2S/m。

本发明提供的制备所述碳炔薄膜的方法，包括如下步骤：以铜片或任意表面覆盖 有铜薄膜层的基底为基底，将式II所示化合物(也即四炔基乙烯)于溶剂中进行 Glaser-Hay偶联反应，反应完毕得到所述碳炔薄膜；

上述制备方法中，所述式II所示化合物与所述基底的质量比为1：47-51，具体可 为1:47、1:49、1:51、1:48-50、1:47-49或者1:49-51，优选1:50；

所述式II所示化合物与溶剂的用量比为1mg：50-80mL，具体可为1mg：52mL、 1mg：60mL或1mg：77mL。

所述Glaser-Hay偶联反应步骤中，温度为80-120℃；优选100℃；

时间为2-4天，优选3天。

所述偶联反应在惰性气氛中进行；

所述惰性气氛具体为氮气或氩气气氛；

所述溶剂具体为吡啶。

所述方法还可包括如下步骤：

在所述偶联反应完毕之后，用丙酮和N,N-二甲基甲酰胺洗涤反应后的基底，即在 所述基底上得到纯化后的碳炔薄膜。

另外，上述本发明提供的碳炔薄膜在制备电池、电极材料、场效应晶体管、催化 材料或能源材料中的应用，也属于本发明的保护范围。