面向产业化的网络化碳纳米管薄膜制备与"层间插"晶体管协同优化新策略

《Applied Ocean Research》：Industrialization-oriented preparation of networked carbon nanotube films and synergistic optimization of “layer-intercalated” transistors

本文系统阐述了随机网络碳纳米管（RN-CNTs）电子器件产业化面临的两大技术瓶颈：低成本分选和高性能制备。作者创新性提出双循环绿色制造协议（Recycle/Reuse）和层间插顶栅（LTG）晶体管架构，通过HfO2-(s-SWCNTs)-HfO2异质结实现界面精准调控，使开关比提升50倍达1.3×106，饱和电流（Isat）提高8.2倍至15.36 mA/mm，为后摩尔时代碳基纳米电子学提供创新范式。

　　

研究亮点

通过循环方法制备高纯度半导体性单壁碳纳米管溶液

本研究采用基于共轭聚合物包裹的循环分选方法高效分离半导体性单壁碳纳米管（s-SWCNTs）。具体实验步骤包括：首先将6 mg电弧放电法制备的单壁碳纳米管与6 mg聚咔唑（PCz）在24 mL甲苯中分散，并在冰浴条件下进行超声处理。随后通过两步离心进行纯化：1）在4°C下以20,000g离心30分钟去除无定形碳。

采用循环和再利用技术分选半导体性单壁碳纳米管

本研究建立了一种双循环范式，在保持器件级材料质量的同时实现碳纳米管分选成本降低。我们的方法包含两个互补策略：i）电弧放电合成碳纳米管的原料循环（Recycle）；ii）分选后半导体性单壁碳纳米管溶液的再利用（Reuse）。通过系统研究循环周期对原材料性能的影响，确定了最佳循环周期范围。

结论

本研究通过突破两大关键技术挑战——低成本制造和高性能集成，显著推动了随机网络碳纳米管电子学的商业化进程。我们开发了结合原料循环（Recycle）和高纯度半导体性单壁碳纳米管溶液再利用（Reuse）的双循环策略。经过四次原料循环和五次溶液再利用循环后，半导体纯度持续超过99.9%（Φ > 0.4），拉曼光谱证实了均匀性。