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1、催化剂设计调控单壁碳纳米管的导电属性及阵列密度单壁碳纳米管可看作是由单层石墨烯按照一定的方向卷曲而成的一维中空管状结构,根据其卷曲方式的不同而具有不同的导电属性,即金属性和半导体性。金属性碳管可用作器件互联导线,半导体性碳管是理想的晶体管沟道材料,因此碳纳米管被认为最有可能替代硅,成为下一代芯片的基元材料。然而要实现单壁碳纳米管在纳电子器件领域的应用,首先需要获得高密度的单壁碳纳米管水平阵列与高纯度的半导体性单壁碳纳米管。目前单壁碳纳米管的可控生长的机理尚不明晰,这极大地阻碍了对其结构及性能的精细控制。催化剂是决定碳纳米管结构的最关键因素之一。因此,本论文从催化剂的负载方式、催化剂的结构和成分
2、角度出发,探索高密度单壁碳纳米管水平阵列和半导体性富集单壁碳纳米管的可控制备方法,并研究其机理。取得的主要结果如下:建立了蒸发持续形核方法,实现了高活性催化剂颗粒在碳管生长过程中的连续供给,避免了催化剂颗粒在碳管生长过程中的团聚、失活现象,实现了高密度单壁碳纳米管水平阵列的制备。蒸发持续形核技术可具体描述为：将Fe催化剂预先储存在SiO2/Si基片表面，在高温生长过程中，Fe原子蒸发释放，在单晶石英基底表面沉积、形核、长大成为Fe纳米颗粒，并催化生长单壁碳纳米管。研究了生长温度对蒸发持续形核催化剂颗粒尺寸和密度的影响,在优化条件下可在石英基底上获得适宜尺寸的Fe纳米颗粒。实现了高密度单壁碳纳米
3、管水平阵列的可控制备,其中单壁碳纳米管的平均阵列密度达到了30根/仙mi提出在单壁碳纳米管形核阶段即选择性去除金属性碳帽,进而生长高纯度半导体性单壁碳纳米管的新方法。实现这一目标的关键在于找到能够将碳纳米管成核与生长阶段分开的催化剂。本文选用非金属SiC作为催化剂，研究其在高温处理过程中Si原子升华及碳帽形成的过程;探索了弱刻蚀性气体氢气对金属性碳帽的选择性刻蚀机制;优化了金属性碳帽刻蚀及半导体性单壁碳纳米管生长的热力学和动力学条件;实现了高纯度、高质量半导体性单壁碳纳米管的可控制备，其中半导体性碳管含量达97%。用所得无金属残留的单壁碳纳米管样品构筑了性能优异的薄膜场效应晶体管,开关比均在105以上,载流子迁移率最高可达57cm2V-1S-1。器件在高温高湿环境下,仍然可以保持很好的性能,为构建在严苛环境下运行的器件提供了沟道材料基础。建立了形状和尺寸均一的单分散、面心立方结构钴铂合金纳米颗粒溶剂热制备法,并以其为催化剂制备出半导体性单壁碳纳米管。采用溶剂热法,以油胺作为介质,制备了高结晶性、形状和尺寸均一、组分可调、单分散、面心立方结构钴铂合金纳米颗粒。研究了CoPt颗粒的成分对所制备单壁碳纳米管结构的影响,发现实现催化剂的组分是影响半导体性单壁碳纳米管可控生长的关键因素;在优化条件下,实现了高质量半导体性单壁碳纳米管的可控制备,其中半导体性含量达94%
