【墨水技術使CNT用於太陽能產業】

江南布衣

【墨水技術使CNT用於太陽能產業】

 

儘管碳納米管（CNT）是低成本、可印刷電子產品中晶體管的候選者，但CNT真正用於大規模商業生產，還必須具有半導體的性質，並可以大規模獲取。

 

然而，實驗室裡生長出的CNT，有一些是半導體（SC），而另一些是金屬（M），並且沒有實用的方法可以分離這兩類CNT。

 

由於M型CNT會造成晶體管的短路，因此這個無解之結的混合物是製作納米管晶體管的主要障礙。

 

 

在環加成反應中，CNT上的兩個碳原子與反應分子的兩個碳原子連接。連接的化學鍵用紅色標出。
 

康奈爾大學（紐約州，Ithaca）和杜邦材料科學與工程公司（特拉華州，Wilmington）的科學家採用簡單的化學工藝，發明了一種在半導體“墨水”中製備單壁CNT的方法，這種墨水可以直接印刷到薄層柔性電子產品中，比如晶體管和光伏（PV）材料。該工藝包括採用氟基分子處理CNT。

 

該項研究由杜邦的Graciela Blanchet和康奈爾納米級科學與技術機構的主管George Malliaras聯合領導。
 

康奈爾/杜邦聯合研究小組的主要目標是找到新穎、廉價的方法去除金屬型碳管，可以將金屬和半導體混合物用於可印刷的墨水中。將M/SC CNT混合物轉
 

換成單純的SC CNT可以通過化學方法實現。

 

氟化石蠟易於與M CNT進行環加成反應，連接到其碳管壁上，而與半導體型碳管則不發生反應。

 

M到SC CNT的轉換。在晶體管的側視圖中，（a）是納米管陣列，為M和SC型碳管的混合物，分別人為標記為紅色和藍色。在進行工藝之前，晶體管頂視圖的AFM圖形顯示出兩類CNT。

 

工藝完成之後（c），只能看到藍色的SC CNT。 （來源： DuPont）
 

“目前還不清楚環加成反應是否破壞或降低M CNT的絕緣性，”

 

Blanchet說。 “無論哪種情況，M CNT數量的大幅度減少都阻止了晶體管電學短路的發生。”

 

環加成反應的產率很高，並不需要額外的CNT分離工藝。採用這種工藝製造的晶體管可以獲得超過100 cm2/Vsec的遷移率，這對開關時間和低功耗應用來說非常關鍵，其通斷比為105，這意味著非常低的待機功耗。
 

研究人員使氟基分子與納米管接觸，通過環加成反應，氟分子可以有效地破壞或者轉化金屬型納米管，而不與半導體型碳管發生反應，這樣可以獲得完美的單純半導體型納米管。

 

“我們的研究顯示，小心地控制化學反應可以將金屬型碳管完全轉化，而不會影響半導體型碳管，”Blanchet說。
 

在這項研究的初始階段，研究人員採用CNT來連接半導體，實際上使用的是帶納米管的液體半導體混合物，納米管可以縮短溝道長度。

 

研究結果，工作人員發現可以獲得非常高的晶體管通斷比。
 

“然而載流子遷移率卻不如我們想像的提高那麼多，”

 

Blanchet接著說。 “因此我們開始考慮怎樣才能將這個半導體型碳管為主的混合物完全淨化。

 

在我參加的一次會議上，有篇演講的計算顯示，氟化物將會消耗金屬型CNT。

 

從那之後，我們嘗試了多種方法將材料進行氟化。

 

我們採用過單鍵——之前已經嘗試過——以及多鍵氟化。

 

我們發現，採用多鍵方法可以非常可控地改變電子性能，可單鍵方法會毀掉所有的納米管——它會折斷碳管，碎裂管壁。”
 

在半導體型和金屬型納米管混合物中，如果採用氟化分子進行了多鍵作用，那將會連接到M CNT上。

 

如果在SC CNT受到破壞之前停止反應，那麼就能獲得取向隨機的單純半導體型CNT陣列。
 

“現在我們得到的是半導體型墨水，可以將這種墨水印刷到比矽更柔軟的材料上，但可保持較高的遷移率，比如可以用來製作可印刷電子產品，”

 

Blanchet介紹說。 “我們現在已將重點轉換到光伏產業，看這種工藝是否可用於生產太陽能電池。”
 

到目前為止，其他方法獲得的遷移率或開關比都是這種方法的百分之一，因此康奈爾/杜邦的電子墨水配方或採用CNT的工藝或許會為印刷、低成本電子器件提供一種切實的選擇。

 

該方法還可能引發對一系列器件的研究，例如新型的有機PV結構。

 

引用：http://tw.myblog.yahoo.com/jw!33ywHnGTEQfNYp55CA_X8A--/article?mid=1612