CN109867273B

CN109867273B - 半导体性单壁碳纳米管的提纯方法

Info

Publication number: CN109867273B
Application number: CN201711246750.7A
Authority: CN
Inventors: 韩杰
Original assignee: Beijing Huatan Yuanxin Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Huatan Yuanxin Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2037-12-01
Also published as: CN109867273A

Abstract

本公开提供了一种半导体性单壁碳纳米管的提纯方法，包括：通过分散剂将碳纳米管原料分散到有机溶剂中，从而得到碳纳米管分散液；对碳纳米管分散液进行处理，提取处理后的分散液的上清液；在上清液中加入酸性物质来调节上清液的酸碱度；以及对酸碱度调节后的上清液进行处理，然后再次提取处理后的上清液的液体部分。

Description

半导体性单壁碳纳米管的提纯方法

技术领域

本公开涉及一种半导体性单壁碳纳米管的提纯方法，具体涉及一种通过调节溶液的酸碱度来提纯半导体性单壁碳纳米管的方法。

背景技术

半导体性单壁碳纳米管在传感、集成电路等半导体行业具有巨大的应用潜力。目前，溶液法提纯半导体性单壁碳纳米管是最具潜力的产业化方法。

但是，现有的半导体性单壁碳纳米管的提纯方法，获得的半导体性单壁碳纳米管的纯度最高可达99.9％，半导体性单壁碳纳米管的纯度很难再有提高，然而，产业应用中，例如电子领域，对半导体性单壁碳纳米管的纯度有更高的要求，因此，现有的提纯方法难以满足产业应用的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种半导体性单壁碳纳米管的提纯方法，用于解决现有技术中半导体性单壁碳纳米管的提纯纯度不够的问题。

根据本公开的一方面，提供了一种半导体性单壁碳纳米管的提纯方法，包括：

步骤1)：通过分散剂将碳纳米管原料分散到有机溶剂中，从而得到碳纳米管分散液；

步骤2)：对碳纳米管分散液进行处理，提取处理后的分散液的上清液；

步骤3)：在上清液中加入酸性物质来调节上清液的酸碱度；以及

步骤4)：对酸碱度调节后的上清液进行处理，然后再次提取处理后的上清液的液体部分。

在本公开的一个具体实施方式中，酸性物质为酸溶液，酸溶液为无机酸溶液和/或有机酸溶液。

在本公开的一个具体实施方式中，酸性物质为酸溶液，酸溶液为三氟乙酸。

在本公开的一个具体实施方式中，酸溶液与上清液的体积比为0.5‰至10％。

在本公开的一个具体实施方式中，在步骤S3)中，调节上清液的酸碱度，使得上清液呈酸性状态。

在本公开的一个具体实施方式中，在步骤S3)中，调节上清液的酸碱度，使得上清液的酸碱度的值为5.0至7.5。

在本公开的一个具体实施方式中，在步骤4)中，对酸碱度调节后的上清液进行的处理为离心处理。

在本公开的一个具体实施方式中，液体部分为经过步骤4)的离心处理后的溶液的上清液。

在本公开的一个具体实施方式中，分散剂为能够在有机溶剂中分散碳纳米管的共轭聚合物和/或共轭小分子。

在本公开的一个具体实施方式中，将所述步骤3)和所述步骤4)顺序地执行两次以上。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开的一个实施方式的提纯方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

在本公开的一个具体实施方式中，提供了一种半导体性单壁碳纳米管的提纯方法。下面将参照图1对该方法进行详细的说明。

首先在步骤S10中，通过分散剂将碳纳米管原料分散到有机溶剂中，从而得到碳纳米管分散液。

在本公开的一个实施方式中，该有机溶剂可以是甲苯、二甲苯、环己烷等可以用于提纯半导体性碳纳米管的有机溶剂。

该分散剂为可以在上述有机溶剂中分散碳纳米管的共轭聚合物或共轭小分子，例如聚噻吩、聚咔唑、聚芴等。

该碳纳米管原料可以是以任何方法生长的半导体性单壁碳纳米管原料或者经过前处理的半导体性单壁碳纳米管原料。

在本公开的一个实施方式中，分散剂与碳纳米管原料的质量比可以为0.1:1至20:1。例如，将100mg(毫克)的共轭聚合物与100mg的碳纳米管原料加入100ml的有机溶剂中进行混合。

在本公开的一个实施方式中，将分散剂和碳纳米管原料加入有机溶剂中之后，进行处理得到碳纳米管分散液。其中该处理可以为超声处理、搅拌处理、研磨处理等相应的处理方式。所使用的处理设备可以是相应的纳米粉碎分散设备，例如超声细胞粉碎仪、搅拌设备、研磨设备等等。

在本公开的一个示例性实施方式中，可以使用超声细胞粉碎仪在50W(瓦)至1500W的功率下进行超声3分钟至1500分钟，其中，功率可选为100W至1000W，超声时间可选为5分钟至100分钟。

在步骤S11中，对碳纳米管分散液进行处理，提取处理后的分散液的上清液。

在本公开的一个示例性实施方式中，对碳纳米管分散液进行的处理可以是离心处理，其中离心速度可以为3000rpm至100000rpm；离心处理的时间可以为0.5小时至300小时。

在离心处理完成后，提取处理后溶液的上清液，其中该上清液中含有大量的半导体性单壁碳纳米管。

在步骤S12中，在上清液中加入酸性物质来调节上清液的酸碱度。

在本公开的一个示例性实施方式中，酸性物质可以为酸溶液形式，例如有机酸和/或无机酸，可选地可以为三氟乙酸。

可以在上清液中加入体积比为0.5‰至10％的三氟乙酸等酸溶液，用于调节上清液的酸碱度。可以将上清液调节至酸性状态，也可以使上清液的酸碱度(PH值)调节至5.0～7.5。

在本公开的一个示例性实施方式中，将加入酸溶液的上清液进行充分搅拌等，这时将有固体颗粒析出。

在步骤S13中，对酸碱度调节后的上清液进行处理，然后再次提取处理后的上清液的液体部分。

在本公开的一个示例性实施方式中，步骤S13所进行的处理未离心处理。其中离心速度可以为2000rpm至100000rpm；离心处理的时间可以为5分钟至300分钟。

该离心处理后，收集处理后的溶液的液体部分，在示例性实施方式中，该液体部分可以为上清液。其中，该液体部分便为通过调整酸碱度后处理的纯度更高的半导体性单壁碳纳米管溶液。

在本公开的另一示例性实施方式中，可以将步骤S12和S13按顺序反复执行，例如执行两次或多次。这样通过反复执行，半导体性碳纳米管的纯度可以得到进一步的提升。

下面给出本公开的具体实施例。

实施例1

将100mg的聚噻吩与100mg的碳纳米管原料投入100ml的甲苯中混合。用超声细胞粉碎仪在100W下超声5分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为8000rpm，离心时间为2小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为1‰的三氟乙酸，调节有机溶液至酸性状态，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度2000rpm，离心时间5分钟，收集上清液。

实施例2

将100mg的聚咔唑与1000mg的碳纳米管原料投入100ml的二甲苯中混合。用超声细胞粉碎仪在50W下超声1500分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为10000rpm，离心时间为100小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为1％的三氟乙酸，调节有机溶液至酸性状态，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度10000rpm，离心时间300分钟，收集上清液。

实施例3

将100mg的聚噻吩与5mg的碳纳米管原料投入100ml的环己烷中混合。用超声细胞粉碎仪在1500W下超声3分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为5000rpm，离心时间为300小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为10％的三氟乙酸，调节有机溶液至酸性状态，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度10000rpm，离心时间60分钟，收集上清液。

实施例4

将100mg的聚芴与100mg的碳纳米管原料投入100ml的环己烷中混合。用超声细胞粉碎仪在1000W下超声100分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为3000rpm，离心时间为300小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为0.5‰的三氟乙酸，调节有机溶液的酸碱度，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度10000rpm，离心时间60分钟，收集上清液。

实施例5

将100mg的聚噻吩与100mg的碳纳米管原料投入100ml的甲苯中混合。用超声细胞粉碎仪在1000W下超声100分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为100000rpm，离心时间为0.5小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为10％的三氟乙酸，调节有机溶液的酸碱度，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度2000rpm，离心时间60分钟，收集上清液。

实施例6

将100mg的聚噻吩与100mg的碳纳米管原料投入100ml的甲苯中混合。用超声细胞粉碎仪在100W下超声5分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为8000rpm，离心时间为2小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为1‰的三氟乙酸，调节有机溶液至酸性状态，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度2000rpm，离心时间5分钟，收集上清液。再次加入体积比为1‰的三氟乙酸，调节有机溶液至酸性状态，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度2000rpm，离心时间5分钟，收集上清液。

实施例7

将100mg的聚噻吩与100mg的碳纳米管原料投入100ml的甲苯中混合。用超声细胞粉碎仪在100W下超声5分钟得到分散液。对分散液进行离心处理，其中离心速度为8000rpm，离心时间为2小时。取离心处理后溶液的上清液，在上清液中加入体积比为1‰的三氟乙酸，调节有机溶液至酸性状态，充分搅拌。再次进行离心处理，离心速度2000rpm，离心时间5分钟，收集上清液。将加入三氟乙酸的步骤及之后的步骤重复3次。

对比例1

将10mg的聚噻吩和5mg的碳纳米管原料投入25ml的甲苯中进行混合。利用细胞粉碎仪在525W下进行超声分散30分钟。对获得的溶液在42000g下离心150分钟。吸取上清液。

通过上述实施例1至7和对比例1，实验结果如下所示。

表1本公开实施例1-7与对比例1的对比结果

	提纯效果
		对比例1	半导体性单壁碳纳米管的纯度为99.9％
实施例1-7	半导体性单壁碳纳米管的纯度可以达到为99.999％

根据本公开得到的半导体性单壁碳纳米管，在半导体器件、集成电路、薄膜制备等领域均有广泛的运用前景。

显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种半导体性单壁碳纳米管的提纯方法，其特征在于，包括：

步骤1)：通过分散剂将碳纳米管原料分散到有机溶剂中，从而得到碳纳米管分散液，所述分散剂为聚噻吩、聚咔唑或聚芴；

步骤2)：对所述碳纳米管分散液进行处理，提取处理后的所述分散液的上清液；

步骤3)：在所述上清液中加入酸性物质来调节所述上清液的酸碱度，其中所述上清液的pH值被调节为5.0～7.5，对加入所述酸性物质的所述上清液进行搅拌，以便使固体颗粒析出；以及

步骤4)：对酸碱度调节后的所述上清液进行离心处理，然后再次提取处理后的所述上清液的液体部分，其中所述液体部分为通过调整酸碱度后处理的纯度更高的半导体性碳纳米管溶液。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性物质为酸溶液，所述酸溶液为无机酸溶液和/或有机酸溶液。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性物质为酸溶液，所述酸溶液为三氟乙酸。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述酸溶液与所述上清液的体积比为0.5‰至10％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体部分为经过步骤4)的离心处理后的溶液的上清液。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述液体部分为经过步骤4)的离心处理后的溶液的上清液。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述液体部分为经过步骤4)的离心处理后的溶液的上清液。

8.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将所述步骤3)和所述步骤4)顺序地执行两次以上。