CN117361512B - 控制碳纳米管平行阵列密度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法，属于碳纳米管密度控制技术领域，该方法包括：将含有烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至溶剂中进行充分混合，形成混合液；对混合液进行离心处理，获取上清液；对获取的上清液进行排列，获取不同密度的碳纳米管平行阵列。本申请提供的的方法，通过将含有烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至溶剂中进行充分混合，烷基链与溶剂相互作用，使得碳纳米管悬浮伸展在溶剂里，在碳纳米管自组装进行排列的过程中，烷基链与碳纳米管相互作用，使得相邻碳管产生排斥力，从而通过改变烷基链的长度，改变相邻碳管之间的间距，获得不同密度的碳纳米管平行阵列。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米管密度控制技术领域，尤其涉及一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法。
背景技术
碳纳米管排列密度作为碳基集成电路所用材料的重要指标，对碳基集成电路的性能提升发挥着重要的作用。大多数现有技术中只是致力于半导体碳纳米管密度或者碳纳米管平行阵列密度的提高，并未进行碳纳米管平行阵列密度的精密调控。但是在实际应用中，不同的应用领域所需要的最佳碳纳米管阵列密度也不一样，比如对于数字集成电路而言，最佳的密度应该是120根/微米左右，对于射频集成电路而言，密度需要大于200根/微米，从而，需要精准调控碳纳米管平行阵列的密度，以满足不同应用领域的需要。
发明内容
本发明意在提供一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
本发明提供的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，包括：
将含有烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至溶剂中进行充分混合，形成混合液；
对混合液进行离心处理，获取上清液；
对获取的上清液进行排列，获取不同密度的碳纳米管平行阵列。
在上述的方案中，所述烷基链为C8H17的烷基链。
在上述的方案中，所述烷基链为C17H35的烷基链。
在上述的方案中，所述烷基链为C25H51的烷基链。
在上述的方案中，所述溶剂为甲苯、水、乙醇、异丙醇、丙酮以及氯仿中的一种。
在上述的方案中，通过超声方式或均质乳化方式形成混合液。
在上述的方案中，所述超声方式的功率设置为10-2000W。
在上述的方案中，所述超声方式的工作时间为5-200min。
在上述的方案中，通过维度限制法碳纳米管自组装技术对获取的上清液进行排列。
在上述的方案中，通过双液层技术对获取的上清液进行排列。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，通过将含有烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至溶剂中进行充分混合，共轭高分子材料的主链与碳纳米管相互作用，形成∏∏共轭，烷基链与溶剂相互作用，使得碳纳米管悬浮伸展在溶剂里，在碳纳米管自组装进行排列的过程中，烷基链与碳纳米管相互作用，使得相邻碳管产生排斥力，从而通过改变烷基链的长度，改变相邻碳管之间的间距，获得不同密度的碳纳米管平行阵列。
附图说明
图1是本发明的一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法的步骤图。
图2是本发明的相邻碳管产生排斥力的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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发明。
如图1所示，本发明提供一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法，包括：
步骤S1：将含有烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至溶剂中进行充分混合，形成混合液；
步骤S2：对混合液进行离心处理，获取上清液；
步骤S3：对获取的上清液进行排列，获取不同密度的碳纳米管平行阵列。
具体地，所述共轭高分子材料的主链为咔唑、芴、噻吩、吡啶、联吡啶等共轭单元；所述碳纳米管原料可以是基于化学气相沉积的碳管、基于高压化学气相沉积法的Hipco管、小管径的CoMocat管，也可以是通过电弧放电法生长的碳管、通过激光灼烧法生长的碳管等。
具体地，所述溶剂为甲苯、水、乙醇、异丙醇、丙酮以及氯仿中的一种。
具体地，通过超声、均质乳化等方式形成混合液，在采用超声方式形成混合液时，所述超声方式的功率设置为10-2000W，优选为500W，所述超声方式的工作时间为5-200min，优选为10min。
如图2所示，在对获取的上清液进行排列时，相邻碳管产生排斥力，使得获取的碳纳米管平行阵列中的相邻碳管之间的距离为d。
基于以上提供的一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法，本发明采用三个实施例进行上述方法的实施。
实施例一
步骤S101：将含有C8H17的烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至甲苯溶剂中进行充分混合，形成混合液，通过超声方式形成混合液，所述超声方式的功率设置为500W，所述超声方式的工作时间为10min；
步骤S102：对混合液进行离心处理，获取上清液；
步骤S103：对获取的上清液进行排列，获取400根/微米的碳纳米管平行阵列。
具体地，通过维度限制法碳纳米管自组装技术或双液层技术对获取的上清液进行排列。
具体地，本实施例中的溶剂还可替换为水、乙醇、异丙醇、丙酮以及氯仿中的一种。
实施例二
步骤S111：将含有C17H35的烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至乙醇溶剂中进行充分混合，形成混合液，通过超声方式形成混合液，所述超声方式的功率设置为500W，所述超声方式的工作时间为10min；
步骤S112：对混合液进行离心处理，获取上清液；
步骤S113：对获取的上清液进行排列，获取200根/微米的碳纳米管平行阵列。
具体地，通过维度限制法碳纳米管自组装技术或双液层技术对获取的上清液进行排列。
具体地，本实施例中的溶剂还可替换为甲苯、水、异丙醇、丙酮以及氯仿中的一种。
实施例三
步骤S121：将含有C25H51的烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至异丙醇溶剂中进行充分混合，形成混合液，通过超声方式形成混合液，所述超声方式的功率设置为500W，所述超声方式的工作时间为10min；
步骤S122：对混合液进行离心处理，获取上清液；
步骤S123：对获取的上清液进行排列，获取120根/微米的碳纳米管平行阵列。
具体地，通过维度限制法碳纳米管自组装技术或双液层技术对获取的上清液进行排列。
具体地，本实施例中的溶剂还可替换为甲苯、水、乙醇、丙酮以及氯仿中的一种。
具体地，在上述实施例一、实施例二和实施例三中采用维度限制法碳纳米管自组装技术对获取的上清液进行排列时，将氧化硅晶圆垂直插入上清液后，在靠近氧化硅晶圆的地方滴入滴入40μl的2-丁烯-1,4-二醇（C4H8O2），在氧化硅晶圆的上表面形成一层薄层，并且该薄层迅速在氧化硅晶圆周围扩散，随着氧化硅晶圆被缓慢拉出，上清液中的共轭高分子和C4H8O2之间可能形成氢键，使得上清液中的共轭高分子包裹碳纳米管原料随机进入表面区域，并被限制C4H8O2和上清液中溶剂之间的二维界面上，那些限制在氧化硅晶圆表面上的上清液随后通过C4H8O2和氧化硅的强亲和力组装到氧化硅晶圆与上清液的界面上，通过限制尺寸的旋转自由度，碳纳米管沿着氧化硅晶圆与界面之间的接触线(水平方向)自组装，从而形成碳纳米管平行阵列。
在上述实施例一、实施例二和实施例三中采用采用双液层技术对获取的上清液进行排列时，将一基底夹在提拉机上，并竖直浸入所述上清液中，沿基底的侧壁注入与所述上清液互不相溶的封液，上述基底选自玻璃、金属、硅片或者塑料等材料，优选为硅片，封液可以为多元醇、胺类溶液或水中的一种或多种，优选为多元醇，利用提拉机以0.1微米/秒-20微米/秒的速度提拉基底，由于碳纳米管溶液与封液互不相溶，两者之间具有包括氢键/范德华力/其他非共价键在内的分子间作用力和共价键或者离子键作用力，随着基底位置的变化，碳纳米管溶液与封液之间的双液层界面在基底上的位置也会发生变化，该界面上的碳纳米管顺排在基底上，从而形成碳纳米管平行阵列。
应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述方法包括：
将含有烷基链的共轭高分子材料与碳纳米管原料加入至溶剂中进行充分混合，形成混合液；
对混合液进行离心处理，获取上清液；
对获取的上清液进行排列，获取不同密度的碳纳米管平行阵列；
其中，所述共轭高分子材料的主链为包括咔唑、芴、噻吩、吡啶或联吡啶的共轭单元；
通过维度限制法碳纳米管自组装技术或双液层技术对获取的上清液进行排列。
2.根据权利要求1所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述烷基链为C8H17的烷基链。
3.根据权利要求1所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述烷基链为C17H35的烷基链。
4.根据权利要求1所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述烷基链为C25H51的烷基链。
5.根据权利要求2、3或4所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯、水、乙醇、异丙醇、丙酮以及氯仿中的一种。
6.根据权利要求1所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，通过超声方式或均质乳化方式形成混合液。
7.根据权利要求6所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述超声方式的功率设置为10-2000W。
8.根据权利要求6所述的控制碳纳米管平行阵列密度的方法，其特征在于，所述超声方式的工作时间为5-200min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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