一种制备无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于碳纳米管技术领域，尤其涉及一种制备无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]单壁碳纳米管(single-walledcarbonnanotubes: SWNTS)作为一种最具前景的一维半导体材料已经在电子领域获得极大的关注。单壁碳纳米管包括金属性的单壁碳纳米管(m-SWCNTS)和半导体性单壁碳纳米管(s-SWCNTS)，其中，半导体性单壁碳纳米管(S-SWCNTs)在分子电子学和光电学领域有较多的研究及应用。
[0003]通常情况下由于半导体性单壁碳纳米管具有较大的比表面积，容易出现团聚的状态，因此通过分散剂的作用获得单分散的半导体性单壁碳纳米管已经被科研工作者广泛研究。然而分散剂在帮助半导体性单壁碳纳米管单分散的同时也会严重影响制备的半导体性单壁碳纳米管薄膜器件性能。因此，获得无分散剂的半导体性单壁碳纳米管薄膜对于高性能半导体性单壁碳纳米管薄膜器件的应用具有重要的意义。
[0004]目前溶液中去除分散剂的办法主要从分子设计的角度去实现。美国斯坦福大学的鲍哲楠教授通过设计具有氢键的共轭聚合物，在溶液中加入三氟乙酸，使得氢键被破坏，分散剂共轭聚合物从碳纳米管上脱离下来。但是在此处理过程中碳纳米管的纯度会严重受到分散剂的影响。目前，还没有报道过通过上述方法成功制备出单分散的半导体性单壁碳纳米管薄膜。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种解决上述技术问题的制备无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜的方法。
[0006]为解决上述一发明目的，本发明提供一种制备无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜的方法，该方法包括以下步骤:
51、将单壁碳纳米管与共轭聚合物分散剂共同分散在有机溶剂一中制得分散溶液一；
52、离心处理分散溶液一，收集上清液并将上清液过滤，得到表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管；
53、提供能溶解共轭聚合物分散剂的有机溶剂二，清洗表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管；
54、提供有机溶剂三，将上述清洗后的半导体性单壁碳纳米管进行分散制得分散溶液
-* *
55、提供一基底，将分散溶液二采用浸泡或喷涂或旋涂工艺涂覆在所述基底上，在所述基底上获得无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述共轭聚合物分散剂为聚咔唑，所述有机溶剂一为甲苯或N-甲基吡咯烷酮，所述有机溶剂二为二甲苯或环己烷，所述有机溶剂三为氯仿或三氯甲烷。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述步骤“SI将单壁碳纳米管与共轭聚合物分散剂共同分散在有机溶剂一中制得分散溶液一”具体为:
将单壁碳纳米管、共轭聚合物分散剂与甲苯或N-甲基吡咯烷酮混合，超声分散处理，超声功率为20W-100W，制得分散溶液一。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中的离心转速为1000g?1000000g，时间为0.5 h?20 ho
[0010]作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中使用聚四氟乙烯滤膜过滤，表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管留在滤膜上，部分共轭聚合物分散剂通过滤孔被过滤掉。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述步骤“S3提供能溶解共轭聚合物分散剂的有机溶剂二清洗表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管，得到半导体性单壁碳纳米管”具体为:
将表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管浸泡在二甲苯或环己烷中，先分散处理再离心处理，离心转速为10000-200000g，收集到的沉淀为半导体性单壁碳纳米管。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述基底在被分散溶液二涂敷之前用甲苯或丙酮清洗并烘干。
[0013]作为本发明的进一步改进，在步骤S4前，重复步骤S3数次。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述S2步骤还包括:被过滤掉的部分共轭聚合物再放入步骤SI中，重复利用。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述单壁碳纳米管采用化学气相沉积法或电弧放电法或激光蒸发法制备。
[0016]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:
1、通过本发明的方法制备的无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜可以使得碳管薄膜表现出了碳管的本征性能；
2、该碳管薄膜可以与金属电极有良好接触；
3、无分散剂半导体性单壁碳纳米管溶液可以直接采用浸泡、喷涂、旋涂等工艺方法大面积制备高性能碳管薄膜器件，使得碳管薄膜器件无需后续处理去除分散剂。
【附图说明】
[0017]图1是本发明一实施方式中制备无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜的方法步骤流程图；
图2a是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用二甲苯清洗前的紫外可见光吸收光谱图；
图2b是图2a的局部放大图；
图2c是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用二甲苯清洗后的紫外可见光吸收光谱图；
图3是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用二甲苯清洗前后的拉曼光谱对比图；
图4a是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用环己烧清洗前的AFM图；
图4b是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用环己烷清洗前的AFM上碳纳米管的高度相位图；
图5a是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用环己烧清洗后的AFM图；
图5b是本发明一实施方式中表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用环己烷清洗前的AFM上碳纳米管的高度相位图。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0019]参图1介绍本发明的一种制备无分散剂半导体性单壁碳纳米管薄膜的方法的一【具体实施方式】，该方法具体包括以下步骤:
S1、将单壁碳纳米管与共轭聚合物分散剂共同分散在有机溶剂一中制得分散溶液一。具体地，单壁碳纳米管为化学气相沉积法或电弧放电法或激光蒸发法生长的单壁碳纳米管，其中，单壁碳纳米管包括金属性单壁碳纳米管和半导体性单壁碳纳米管;共轭聚合物分散剂为聚咔唑;有机溶剂一为甲苯或N-甲基吡咯烷酮(匪P)。将单壁碳纳米管、聚咔唑与甲苯或N-甲基吡咯烷酮(匪P)混合，超声分散处理，超声的功率为20W-100W，时间为0.5h~2h，制得分散溶液一。
[0020]S2、离心处理分散溶液一，收集上清液并将上清液过滤，得到表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管。将上述分散溶液一离心处理，离心转速为10000 g~1000000 g，时间为0.5 h~20 h，收集上清液，然后再将上清液过滤处理，使用聚四氟乙烯滤膜过滤，表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管留在滤膜上，金属性的单壁碳纳米管和大部分共轭聚合物分散剂通过滤孔被过滤掉，特别地，被过滤掉的共轭聚合物分散剂和金属性的单壁碳纳米管可重新放入Si步骤中，重复利用其中的共轭聚合物分散剂。
[0021]S3、提供能溶解共轭聚合物分散剂的有机溶剂二，用于清洗表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管，得到半导体性单壁碳纳米管。优选地，有机溶剂二为二甲苯或环己烷，二甲苯或环己烷对共轭聚合物分散剂和半导体性单壁碳纳米管的溶解性有差异，能溶解包裹在半导体性单壁碳纳米管表面的共轭聚合物分散剂。将表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管浸泡在二甲苯或环己烷中，先分散处理，再离心处理，离心转速为10000-200000g，收集到的沉淀为半导体性单壁碳纳米管。为了将共轭聚合物分散剂尽量洗去，此步骤一般需重复数次。
[0022]参图2a_2c所示，图2a是表面包裹有共轭聚合物分散剂的半导体性单壁碳纳米管用二甲苯清洗前后的紫外可见光吸收光谱图的对比，从吸收光谱上300-500nm的区域可以看出，用二甲苯清洗前的共轭聚合物分散剂含量已经远远超过吸收光谱测试的范围，清洗过后分散剂含量降低了很多，共轭聚合物分散剂与半导体性单壁碳纳米管吸收比为2:1，这个比例既能够确保半导体性单壁碳纳米管在有机溶剂中保持单分散状态，又能使得碳管上包裹的共轭聚合物分散剂含量很少。
[0023]参图3，从用二甲苯清洗前