【摘要】：單壁碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性質(zhì),被認(rèn)為是用于柔性和透明電子器件的理想候選材料之一。碳納米管薄膜既可以作為優(yōu)異的透明電極材料,又可作為高性能的半導(dǎo)體溝道材料。實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量碳納米管薄膜的高效、宏量制備,己成為碳納米管在柔性電子器件領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。通常,制得單壁碳納米管薄膜的尺寸僅為厘米量級(jí),制備方式也不能滿足規(guī)�；膽�(yīng)用需求;同時(shí),己有碳納米管薄膜制備過程通常會(huì)引入雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷,使得薄膜的光電性能遠(yuǎn)低于理論預(yù)測值。本論文提出了一種高質(zhì)量碳納米管薄膜的連續(xù)合成、沉積和轉(zhuǎn)移方法,首次實(shí)現(xiàn)了米級(jí)、高性能單壁碳納米管薄膜的連續(xù)制備,展現(xiàn)了單壁碳納米管薄膜在大面積、柔性和透明電子器件中的應(yīng)用。(1)提出了一種基于氣相抽濾方式連續(xù)沉積碳納米管的方法,實(shí)現(xiàn)了米級(jí)、均勻、密度可控的碳納米管薄膜在室溫和常壓下的連續(xù)制備。單壁碳納米管通過浮動(dòng)催化劑化學(xué)氣相沉積法連續(xù)合成,通過氣相抽濾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳納米管薄膜的沉積。流體仿真結(jié)果表明,當(dāng)調(diào)節(jié)出氣口速度使抽濾過程處于平衡時(shí),該抽濾系統(tǒng)中的氣流呈現(xiàn)出均勻的氣流速度分布,實(shí)現(xiàn)碳納米管到微孔濾膜表面的均勻沉積。碳納米管薄膜通過卷對(duì)卷技術(shù)轉(zhuǎn)移到柔性襯底上,首次獲得了寬度為0.5米、長度不受限的單壁碳納米管薄膜。(2)單壁碳納米管薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能和均勻性,在550納米波長下其透光率為90%,方塊電阻為65 Ω/□,對(duì)應(yīng)透光率和方塊電阻的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值分別為0.3%和7.4%。(3)通過調(diào)控碳納米管薄膜的密度,構(gòu)筑了高性能碳納米管薄膜晶體管,載流子遷移率達(dá)76cm2V-1S-1,電流開關(guān)比大于106。利用不同密度的碳納米管薄膜作為柔性電極和互連線材料以及半導(dǎo)體溝道材料,在柔性基板上制備了大面積、高性能全碳柔性透明薄膜晶體管及集成電路,包括反相器、與非門、或非門、異或門、環(huán)形振蕩器和有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管等顯示驅(qū)動(dòng)電路,展現(xiàn)了碳納米管薄膜在大面積柔性透明電子器件中廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.2
【圖文】：

其中＋號(hào)表示由反鍵７１＊軌道形成的導(dǎo)帶能量色散關(guān)系，－號(hào)表示由成鍵７１軌道逡逑形成的價(jià)帶能量色散關(guān)系。７是最近鄰跳躍參數(shù)，一般取值為３．１邋ｅＶ。ａ為石墨逡逑烯的晶格常數(shù)，ａ邋＝邋２．４６Ａ。在倒易空間中石墨烯的能量色散關(guān)系如圖１．２所示，逡逑石墨烯的價(jià)帶與導(dǎo)帶在六邊形布里淵區(qū)的頂點(diǎn)位置處（Ｋ點(diǎn)）相交，因此在該位逡逑置石墨烯的能帶帶隙值為０。從石墨烯的能量色散關(guān)系中可得到，在費(fèi)米能級(jí)位逡逑置處石墨烯的態(tài)密度為０，因此石墨烯也被稱為半金屬材料逡逑９逡逑

的取值只能是分立的數(shù)值。一維單壁碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)是由一系列分立的ｋ＿逡逑所在的垂直平面與二維石墨烯能量色散曲面的相交橫截面組成，每一個(gè)相交橫截逡逑面對(duì)應(yīng)著單壁碳納米管能級(jí)中的一條子帶（圖１．３ａ）。單壁碳納米管的費(fèi)米能級(jí)逡逑位于Ｋ點(diǎn)所在的水平面，而載流子的輸運(yùn)性質(zhì)是與最靠近費(fèi)米能級(jí)位置處的能逡逑帶相關(guān)，因此當(dāng)相交橫截面恰好通過Ｋ點(diǎn)位置時(shí)（圖１．３ｂ），單壁碳納米管能量逡逑色散關(guān)系顯示出兩條相交于Ｋ點(diǎn)的線性子帶，單壁碳納米管的導(dǎo)帶與價(jià)帶在費(fèi)逡逑米能級(jí)處相交，表現(xiàn)出零帶隙。當(dāng)相交橫截面未通過Ｋ點(diǎn)時(shí)（圖１．３ｃ），單壁碳逡逑納米管表現(xiàn)兩條拋物線狀能量色散關(guān)系，單壁碳納米管的導(dǎo)帶與價(jià)帶之間存在能逡逑３逡逑

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