电弧法选择性合成半导体型单壁碳纳米管的研究

半导体型单壁碳纳米管(SWNTs)是迄今为止最好的半导体材料之一，可望取代现有的硅基半导体。但由于合成的半导体型SWNTs中总伴生大量的金属型SWNTs而造成SWNT场效应晶体管的性能降低。本课题研究利用金属型SWNTs反应性能较强、更易失去电子，而半导体型SWNTs较稳定的性质差异，通过在电弧法合成SWNTs的过程中在载气中引入弱氧化性物质或含氧物质，如二氧化碳、一氧化碳、甲醇等,抑制金属型SWNTs的生长，从而选择性合成半导体型SWNTs。并且由于SWNTs的管径越小金属型与半导体型SWNTs的反应活性差异越大，拟通过控制催化剂的组成和颗粒大小来合成小管径的SWNT，进一步提高半导体型SWNTs的选择性。

半导体型单壁碳纳米管是迄今为止最好的半导体材料之一，可望取代现有的硅基半导体。但是，传统合成方法所获得的单壁碳纳米管是半导体型和金属型的混合物，严重限制了其在微电子等领域的应用。本项目发展了改进的电弧法，有效地控制了单壁碳纳米管的结构及电子性质，实现了半导体型单壁碳纳米管的选择性生长。首先，设计并合成了新的催化剂体系，实现了对单壁碳纳米管的管径及其分布的有效控制。接下来，通过在载气内添加二氧化碳等弱氧化性物质有效地抑制了金属型单壁碳纳米管的生长，考察了添加弱氧化性物质的种类和含量对单壁碳纳米管生长过程的影响，成功地实现了半导体型单壁碳纳米管的选择性生长，并明确了其选择性生长机理。最后，深入研究了碳纳米管的结构与性质关系，探索了半导体型单壁碳纳米管在光催化等方面的应用。