【摘要】：單壁碳納米管具有優(yōu)異的電學、力學和光學性質(zhì),被認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體溝道材料。實現(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,制備方式也不能滿足規(guī)�；膽�(yīng)用需求;同時,己有碳納米管薄膜制備過程通常會引入雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷,使得薄膜的光電性能遠低于理論預測值。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,首次實現(xiàn)了米級、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,實現(xiàn)了米級、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催化劑化學氣相沉積法連續(xù)合成,通過氣相抽濾系統(tǒng)實現(xiàn)碳納米管薄膜的沉積。流體仿真結(jié)果表明,當調(diào)節(jié)出氣口速度使抽濾過程處于平衡時,該抽濾系統(tǒng)中的氣流呈現(xiàn)出均勻的氣流速度分布,實現(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/□,對應(yīng)透光率和方塊電阻的相對標準偏差數(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發(fā)光二極管等顯示驅(qū)動電路,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。
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB383.2
【圖文】：

其中＋號表示由反鍵７１＊軌道形成的導帶能量色散關(guān)系，－號表示由成鍵７１軌道逡逑形成的價帶能量色散關(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，逡逑石墨烯的價帶與導帶在六邊形布里淵區(qū)的頂點位置處（Ｋ點）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，在費米能級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，每一個相交橫截逡逑面對應(yīng)著單壁碳納米管能級中的一條子帶（圖１．３ａ）。單壁碳納米管的費米能級逡逑位于Ｋ點所在的水平面，而載流子的輸運性質(zhì)是與最靠近費米能級位置處的能逡逑帶相關(guān)，因此當相交橫截面恰好通過Ｋ點位置時（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點的線性子帶，單壁碳納米管的導帶與價帶在費逡逑米能級處相交，表現(xiàn)出零帶隙。當相交橫截面未通過Ｋ點時（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，單壁碳納米管的導帶與價帶之間存在能逡逑３逡逑

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