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奈米碳管分離量產(chǎn)技術(shù)問(wèn)世

在製造單壁式奈米碳管（single-walled carbon nanotube, SWCN）時(shí)，金屬性與半導(dǎo)性碳管會(huì)同時(shí)產(chǎn)生，儘管兩者皆有其應(yīng)用價(jià)值，但混在一起對(duì)於製作奈米碳管電子元件而言卻是一大困擾。最近美國(guó)與南韓研究人員提出一種簡(jiǎn)單的新方法，能以聚合物有效率地分離出半導(dǎo)性奈米碳管。

SWCN 的結(jié)構(gòu)可視為捲曲的石墨烯片，其捲曲方向又稱為對(duì)掌性（chirality）或旋向性（handedness），決定了奈米碳管的導(dǎo)電性質(zhì)。奈米碳管的體積微小且能傳導(dǎo)大電流，所以非常適合作為奈米電子元件的建構(gòu)單元。例如，金屬性碳管可用來(lái)製造透明導(dǎo)線，而半導(dǎo)性碳管則能製作出奈米級(jí)電晶體。

儘管已有許多技術(shù)可分離金屬性與半導(dǎo)性奈米碳管，大部分方法不僅不易進(jìn)行，亦難提升至工業(yè)量產(chǎn)規(guī)模。最近，史丹佛大學(xué)的 Zhenan Bao 團(tuán)隊(duì)與三星電子的研究人員共同研發(fā)出一種新技術(shù)，藉由聚合物（rr-P3DDT）選擇性地與半導(dǎo)性奈米碳管作用並將其分離。

研究人員將奈米碳管與聚合物混合於一有機(jī)溶劑中並進(jìn)行超音波振洗。聚合物 rr-P3DDT 會(huì)溶於此溶劑中，碳管本身則不然。然而，半導(dǎo)性碳管會(huì)與此聚合物產(chǎn)生交互用，並因此一起溶解於溶劑當(dāng)中，於是研究人員以離心機(jī)就能過(guò)濾出不可溶的金屬性奈米碳管。此方法的優(yōu)點(diǎn)是可以大量生產(chǎn)，此外，由於此 rr-P3DDT 為半導(dǎo)性，因此在製程結(jié)束後不需刻意將其移除。

該團(tuán)隊(duì)利用分離出的半導(dǎo)性奈米碳管製作出 190 個(gè)短通道元件。經(jīng)由實(shí)驗(yàn)量測(cè)電性發(fā)現(xiàn)，所有元件皆具半導(dǎo)特性，其平均開(kāi)關(guān)電流比約在 106 左右。研究人員表示，這些半導(dǎo)性奈米碳管可用來(lái)製作高效能電晶體，應(yīng)用於太陽(yáng)電池的主動(dòng)層材料中，以及各種類型的化學(xué)及生物感測(cè)元件。詳見(jiàn) ACS Nano 6 , pp.2487–2496 (2012)｜DOI: 10.1021/nn204875a。