專利名稱：一種分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法。
背景技術(shù)：
單壁碳納米管以其優(yōu)異的性能，在納米電子學(xué)中具有重要的應(yīng)用價值。然而單壁碳納米管的各種生長方法只能得到金屬型和半導(dǎo)體型的混合物，這在很大程度上影響了單壁碳納米管的實際應(yīng)用。到目前為止，單壁碳納米管的分離方法大致可以分為選擇性破壞和溶液相分離兩大類。雖然這兩類方法都能夠?qū)崿F(xiàn)單壁碳納米管的高效分離，但是前者不可避免地會對單壁碳納米管引入破壞，而后者則只適用于數(shù)微米左右長度的單壁碳納米管并且難以控制分離后單壁碳納米管的形貌。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法。本發(fā)明提供的氨基功能化膠帶，由支撐層和位于所述支撐層之上的粘結(jié)層組成；構(gòu)成所述支撐層的材料為聚ニ甲基硅烷；構(gòu)成所述粘結(jié)層的材料為氨基硅烷。上述氨基功能化膠帶中，所述氨基硅烷選自3-氨丙基三こ氧基硅烷、N-氨こ基_3_氨丙基ニこ氧基娃燒和3-氨基丙基ニ甲氧基娃燒中的至少一種，優(yōu)選3-氨丙基ニこ氧基娃燒；所述氨基功能化膠帶的厚度為l-5mm,優(yōu)選2. 5_。本發(fā)明提供的制備所述氨基功能化膠帶的方法，包括如下步驟將聚ニ甲基硅烷薄膜用氧等離子體進(jìn)行轟擊，轟擊完畢后置于氨基硅烷的こ醇溶液中浸泡，浸泡完畢用こ醇洗滌，于空氣中自然晾干后得到所述氨基功能化膠帶。該方法中，所述氛基娃燒選自3_氛丙基ニこ氧基娃燒、N-氛こ基-3_氛丙基ニこ氧基娃燒和3_氨基丙基ニ甲氧基娃燒中的至少一種，優(yōu)選3_氨丙基ニこ氧基娃燒。本發(fā)明提供的苯基功能化膠帶，由支撐層和位于所述支撐層之上的粘結(jié)層組成；構(gòu)成所述支撐層的材料為聚~■甲基娃燒；構(gòu)成所述粘結(jié)層的材料為苯基娃燒。上述苯基功能化膠帶中，所述苯基硅烷選自三こ氧基苯基硅烷、苯甲基三こ氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少ー種，優(yōu)選三こ氧基苯基硅烷；所述苯基功能化膠帶的厚度為優(yōu)選2. 5mm。本發(fā)明提供的制備所述苯基功能化膠帶的方法，包括如下步驟將聚ニ甲基硅烷薄膜用氧等離子體進(jìn)行轟擊，轟擊完畢后置于苯基硅烷的こ醇溶液中浸泡，浸泡完畢用乙醇洗滌，于空氣中自然晾干后得到所述苯基功能化膠帶。該方法中，所述聚ニ甲基硅烷薄膜的厚度為1-5毫米，優(yōu)選2. 5毫米；所述轟擊步驟中，真空度為10_2Pa，空氣流量為12-18sccm，優(yōu)選15sccm，功率為80-90W，優(yōu)選90W，時間為1-15分鐘，所述苯基娃燒選自氧基苯基娃燒、苯甲基ニこ氧基娃燒和苯基ニ甲氧基娃燒中的至少ー種，優(yōu)選三こ氧基苯基硅烷。另外，上述氨基功能化膠帶和苯基功能化膠帶中，作為支撐層材料的聚ニ甲基硅烷(簡稱PDMS)可按照道康寧公司關(guān)于PDMS制備的說明書(所需原料基質(zhì)有機硅弾性體(主要成分為八甲基環(huán)四硅氧烷)與固化劑(主要成分為四(三甲基甲娃燒氧基)娃燒)均購自 Dow CorningCorporation, Midland Michigan USA,產(chǎn)品編號為SYLGARD 184)制備而得。該制備方法為常規(guī)方法，如可按包括如下步驟的方法制備而得將顯微鏡載玻片放入IOOml燒杯中，依次在超純水、丙酮、こ醇、超純水、中超聲lOmin，在烘箱內(nèi)120°C將載玻片和燒杯烘干并冷卻至室溫后，將有機硅弾性體及固化劑按照一定質(zhì)量比倒入烘干的燒杯中混合，攪拌20min后靜置lh，然后緩慢傾倒于烘干的載玻片表面，并在烘箱中烘烤I小時，得到聚ニ甲基硅烷薄膜，厚度為2. 5_。該方法中，有機硅弾性體及固化劑的質(zhì)量比可為9 1-11 1，優(yōu)選10 I ;烘烤步驟中，溫度為80-150°C，優(yōu)選90°C，時間為10-90分鐘，優(yōu)選60分鐘。
本發(fā)明提供的分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法，包括如下步驟將所述氨基功能化膠帶置于位于基底上的所述金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的表面，加壓作用后，在所述基底上得到金屬型單壁碳納米管陣列，完成所述分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法；或者，將所述苯基功能化膠帶置于位于基底上的所述金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的表面，加壓作用后，在所述基底上得到半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列，完成所述分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法。上述分離方法的原理如圖I所示，圖2為本發(fā)明提供的氨基功能化膠帶和苯基功能化膠帶的。氨基功能化膠帶上所特有的氨基功能團，能選擇性吸附半導(dǎo)體型單壁碳納米管，而苯基功能化膠帶上的苯基功能團，能選擇性吸附金屬型單壁碳納米管。所述加壓作用步驟中，壓カ均為10-30N，優(yōu)選20N，時間均為1-5分鐘，優(yōu)選2分鐘；所述單壁碳納米管陣列中，單壁碳納米管的長度均為1-500微米，優(yōu)選均為50-400微米，更優(yōu)選均為200微米；所述基底均選自氧化鋁和石英中的至少ー種，優(yōu)選氧化鋁。本發(fā)明提供的分離方法，適用于分離數(shù)百微米長度的各種單壁碳納米管，同時能夠極好的保持單壁碳納米管的形貌，且不會破壞所需要的單壁碳納米管的類型。經(jīng)過氨基功能化膠帶處理后的樣品，金屬型單壁碳納米管的含量為90% ;經(jīng)過苯基功能化膠帶處理后的樣品，半導(dǎo)體型單壁碳納米管的含量為85%。另外，本發(fā)明提供的分離方法，操作簡單，成本低廉，適用于大面積的單壁碳納米管陣列的分離，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的原理示意圖，其中，I為金屬型單壁碳納米管，2為半導(dǎo)體型單壁碳納米管，3為苯基功能化膠帶，4為氨基功能化膠帶。圖2為本發(fā)明所使用的氨基功能化膠帶(A)和苯基功能化膠帶(B)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2ム和B中，I均為支撐層聚ニ甲基硅烷層，2均為屬于支撐層一部分的羥基功能團層，3均為粘結(jié)層氨基硅烷層，4均為基底。圖3為本發(fā)明使用氨基功能化膠帶分離得到金屬型單壁碳納米管陣列的操作示意圖，以及所獲得陣列的掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡，微區(qū)共振增強拉曼光譜的表征結(jié)果；其中，I為氨基功能化膠帶，2為原始樣品區(qū)域，3為邊界區(qū)域，4為處理后區(qū)域，5為單壁碳納米管樣品。
圖4為本發(fā)明使用苯基功能化膠帶分離得到半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的操作示意圖，以及所獲得陣列的掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡，微區(qū)共振增強拉曼光譜的表征結(jié)果；其中，I為苯基功能化膠帶，2為原始樣品區(qū)域，3為邊界區(qū)域，4為處理后區(qū)域，5為單壁碳納米管樣品。圖5為本發(fā)明使用氨基功能化膠帶在不同分離條件下獲得的金屬型單壁碳納米管陣列的微區(qū)共振增強拉曼光譜的表征結(jié)果。圖6為本發(fā)明使用苯基功能化膠帶在不同分離條件下獲得的半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的微區(qū)共振增強拉曼光譜的表征結(jié)果。圖7為本發(fā)明在最優(yōu)分離條件下獲得的金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的電學(xué)性質(zhì)測量表征結(jié)果。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例I、制備氨基功能化和苯基功能化膠帶I)將顯微鏡載玻片放入IOOml燒杯中，依次在超純水、丙酮、こ醇、超純水、中超聲lOmin，在烘箱內(nèi)120°C將載玻片和燒杯烘干并冷卻至室溫后，將有機硅弾性體(主要成分為八甲基環(huán)四硅氧烷)及固化劑(主要成分為(四(三甲基甲硅烷氧基)硅烷))按照質(zhì)量比10 I倒入烘干的燒杯中混合，攪拌20min后靜置lh，然后緩慢傾倒于烘干的載玻片表面，并在烘箱中90°C烘烤lh，得到作為支撐層的聚ニ甲基硅烷薄膜，厚度為2. 5mm。2)將步驟I)制備所得聚ニ甲基硅烷薄膜從載玻片上剝離，將與載玻片接觸的一面朝上放置于等離子體清洗機中，將體系抽至真空(真空度為I(T2Pa)并維持15sccm的空氣流量，使氧等離子體以90W的功率轟擊上述聚ニ甲基硅烷薄膜表面分別轟擊10分鐘后，取出備用；3)配置一定濃度的3-氨丙基三こ氧基硅烷的こ醇溶液和一定濃度的三こ氧基苯基硅烷的こ醇溶液，將步驟2)制備所得薄膜分別浸泡于上述兩溶液中各10分鐘，取出后均用こ醇沖洗薄膜表面，在空氣中自然晾干，即分別由上述3-氨丙基三こ氧基硅烷的こ醇溶液和三こ氧基苯基硅烷的こ醇溶液分別得到本發(fā)明提供的氨基功能化膠帶和苯基功能化膠帶；上述兩種膠帶均由支撐層和位于該支撐層之上的粘結(jié)層組成，兩膠帶的厚度均為
2.5mm ;其中，構(gòu)成該支撐層的材料為厚度為2. 5mm的聚ニ甲基硅烷薄膜，構(gòu)成該粘結(jié)層的材料分別為3-氨丙基三こ氧基硅烷和三こ氧基苯基硅烷。上述步驟2)和步驟3)中，按照表I所列數(shù)據(jù)進(jìn)行氧等離子體轟擊和溶液浸泡，所得氨基和苯基功能化膠帶均依次編號為0、1、2、3、4、5和6，所得最優(yōu)條件為對于氨基功能化膠帶為氧等離子體轟擊時間為lOmin、氨基硅烷的こ醇溶液的質(zhì)量百分濃度為20%，在該最優(yōu)條件下制備所得氨基功能化膠帶的編號為4 ;對于苯基功能化膠帶為氧等離子體轟擊時間為lOmin、苯基硅烷的こ醇溶液的質(zhì)量百分濃度為10%，在該最優(yōu)條件下制備所得苯基功能化膠帶的編號為3?？芍?，氨基功能化膠帶膠帶對單壁碳納米管的粘附カ要明顯強于苯基功能化膠帶膠帶，氨基功能化膠帶膠帶所作用于的原始單壁碳納米管陣列樣品密度為10根Aim,苯基功能化膠帶膠帶的則為2根Aim。表I、轟擊時間及浸泡溶液濃度取值列表
權(quán)利要求
1.一種氨基功能化膠帶，由支撐層和位于所述支撐層之上的粘結(jié)層組成；構(gòu)成所述支撐層的材料為聚ニ甲基硅烷；構(gòu)成所述粘結(jié)層的材料為氨基硅烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膠帯，其特征在于所述氨基硅烷選自3-氨丙基三こ氧基娃燒、N-氛こ基_3_氛丙基ニこ氧基娃燒和3_氛基丙基ニ甲氧基娃燒中的至少一種，優(yōu)選3_氨丙基三こ氧基硅烷；所述氨基功能化膠帶的厚度為l_5mm，優(yōu)選2. 5mm。
3.ー種制備權(quán)利要求I或2所述氨基功能化膠帶的方法，包括如下步驟將聚ニ甲基硅烷薄膜用氧等離子體進(jìn)行轟擊，轟擊完畢后置于氨基硅烷的こ醇溶液中浸泡，浸泡完畢用こ醇洗滌，于空氣中自然晾干后得到所述氨基功能化膠帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述聚ニ甲基硅烷薄膜的厚度為1-5毫米，優(yōu)選2. 5毫米；所述轟擊步驟中，真空度為10_2Pa，空氣流量為12-18sccm，優(yōu)選15sccm，功率為80-90W，優(yōu)選90W，時間為1-15分鐘；所述氨基硅烷選自3-氨丙基三こ氧基硅烷、N-氨こ基-3-氨丙基ニこ氧基娃燒和3-氨基丙基ニ甲氧基娃燒中的至少一種，優(yōu)選3-氨丙基ニこ氧基娃燒。
5.一種苯基功能化膠帶，由支撐層和位于所述支撐層之上的粘結(jié)層組成；構(gòu)成所述支撐層的材料為聚_甲基娃燒；構(gòu)成所述粘結(jié)層的材料為苯基娃燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膠帶，其特征在于所述苯基硅烷選自三こ氧基苯基硅烷、苯甲基三こ氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的至少ー種，優(yōu)選三こ氧基苯基硅烷；所述苯基功能化膠帶的厚度為優(yōu)選2. 5mm。
7.ー種制備權(quán)利要求5或6所述苯基功能化膠帶的方法，包括如下步驟將聚ニ甲基硅烷薄膜用氧等離子體進(jìn)行轟擊，轟擊完畢后置于苯基硅烷的こ醇溶液中浸泡，浸泡完畢用こ醇洗滌，于空氣中自然晾干后得到所述苯基功能化膠帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述聚ニ甲基硅烷薄膜的厚度為1-5毫米，優(yōu)選2. 5毫米；所述轟擊步驟中，真空度為10_2Pa，空氣流量為12-18sccm，優(yōu)選15sccm，功率為80-90W，優(yōu)選90W，時間為1-15分鐘；所述苯基硅烷選自三こ氧基苯基硅烷、苯甲基ニこ氧基娃燒和苯基ニ甲氧基娃燒中的至少一種，優(yōu)選ニこ氧基苯基娃燒。
9.一種分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法，包括如下步驟將權(quán)利要求I或2任一所述氨基功能化膠帶置于位于基底上的所述金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的表面，加壓作用后，在所述基底上得到金屬型單壁碳納米管陣列，完成所述分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法； 或者，將權(quán)利要求5或6任一所述苯基功能化膠帶置于位于基底上的所述金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的表面，加壓作用后，在所述基底上得到半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列，完成所述分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述加壓作用步驟中，壓カ均為10-30N，優(yōu)選20N，時間均為1-5分鐘，優(yōu)選2分鐘；所述單壁碳納米管陣列中，單壁碳納米管的長度均為1-500微米，優(yōu)選均為50-400微米，更優(yōu)選均為200微米；所述基底均選自氧化鋁和石英中的至少ー種，優(yōu)選氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分離金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的方法。該方法，包括如下步驟將氨基功能化膠帶或苯基功能化膠帶置于位于基底上的金屬型和半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列的表面，加壓作用后，即在所述基底上得到金屬型或半導(dǎo)體型單壁碳納米管陣列，完成分離。該分離方法，適用于分離數(shù)百微米長度的單壁碳納米管，同時能夠極好的保持單壁碳納米管的形貌，且不會破壞所需要的單壁碳納米管的類型。經(jīng)過氨基功能化膠帶處理后的樣品，金屬型單壁碳納米管的含量為90％；經(jīng)過苯基功能化膠帶處理后的樣品，半導(dǎo)體型單壁碳納米管的含量為85％。該方法，操作簡單，成本低廉，適用于大面積的單壁碳納米管陣列的分離，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C01B31/00GK102642822SQ20111004145
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者張錦, 洪果 申請人:北京大學(xué)