【摘 要】
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碳纳米管作为一种一维碳纳米材料,具有优异的电子和非凡的光学特性,是取代传统硅基半导体的潜在理想材料。但遗憾的是,目前商业化生产的碳纳米管都是金属型和半导体型的混合物,并且带隙范围较大。在电子器件应用上,金属型碳纳米管的存在会使得激子淬灭,进而影响器件的性能。同时,半导体型乃至单一手性单壁碳纳米管（SWCNT）的分选对于构建高性能电子纳米器件至关重要。然而,常规的SWCNT分选过程必须要在收率和手性
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碳纳米管作为一种一维碳纳米材料,具有优异的电子和非凡的光学特性,是取代传统硅基半导体的潜在理想材料。但遗憾的是,目前商业化生产的碳纳米管都是金属型和半导体型的混合物,并且带隙范围较大。在电子器件应用上,金属型碳纳米管的存在会使得激子淬灭,进而影响器件的性能。同时,半导体型乃至单一手性单壁碳纳米管（SWCNT）的分选对于构建高性能电子纳米器件至关重要。然而,常规的SWCNT分选过程必须要在收率和手性纯度之间进行权衡,难以两全其美。此外,由于本征碳纳米管带隙固定,难以进一步提升器件的性能,进一步桎梏了碳纳米管在半导体领域的应用。因此实现碳纳米管的高效选择性分离并对其能带进行调控,既具有理论意义,也具有现实的应用价值。本文围绕此问题展开的主要工作如下:（1）通过将分散溶剂由常规单一有机溶剂更换为以一定体积比混合的甲苯-氯苯溶剂,借助市售共轭聚合物萃取,大大提高了（6,5）SWCNT的分选产率,同时也可以保持分选的SWCNT的手性纯度。后续实验进一步证明,即使多次萃取,分选效率也不会降低。实现SWCNT的手性选择性高低取决于两种溶剂之间的精确比例。分子动力学模拟表明,溶剂极性对聚合物（或溶剂分子）与SWCNT间相互作用的控制是实现产率和选择性完美平衡的关键因素。（2）为了获得聚合物/单一手性碳纳米管复合材料,利用噻吩类聚合物PBTTT-C12、PBTTT-C14、P3HT的π-π作用力大于PFO-BPy与碳纳米管之间的π-π作用力这一原理,置换PFO-BPy/（6,5）SWCNT纳米复合物中的PFO-BPy,形成由噻吩类共轭聚合物修饰且只含有单一手性半导体型碳纳米管的复合材料PBTTT-C12/（6,5）SWCNT、PBTTTC14/（6,5）SWCNT等纳米复合物,有望进一步推动共轭聚合物选择性富集碳纳米管的发展。（3）利用原位荧光电化学光谱手段精确表征了不同聚合物PBTTT-C12、PBTTT-C14、P3HT、F8T2修饰的（6,5）SWCNT的能带结构。实验结果表明聚合物修饰后的（6,5）SWCNT的带隙相比于本征带隙发生了显著的变化。分子动力学模拟表明,共轭聚合物和碳纳米管之间的作用力是影响碳纳米管能带结构的主要因素,共轭聚合物和碳纳米管之间的π-π作用力越强,对碳纳米管的能带结构影响越大。因此,合理设计共轭聚合物结构,有望实现对碳纳米管能带的精细调控,进而达到提升碳纳米管器件性能的目的。
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