導讀
據日本名古屋大學官網近日報道，該校研究人員開發出一種更便宜的新方案，它能夠簡單高效地區分兩種碳納米管。這項工藝可用於量產純淨的單壁碳納米管，這種碳納米管可用於高性能電子器件。
背景
上世紀九十年代初，碳納米管就開始出現，並一度被譽為“神奇材料”，應用於納米技術領域。
碳納米管是一維納米材料。從形狀上說，它主要是由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。
（圖片來源：Michael Ströck / Wikimedia Commons）
碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多卓越的力學、電學和化學性能。目前，單個碳納米管比鋼鐵和碳纖維強度還要大，導電性比銅更好，重量比鋁更輕。
因此，時下碳納米管正在電子世界掀起一股研究熱潮，也很適合下一代電子設備，特別是柔性電子器件，例如柔性的晶體管、傳感器、觸摸屏、OLED等。
碳納米管的應用（圖片來源: Ying Zhou 和 Reiko Azumi）
二硫化鉬和1納米碳納米管柵極組成的晶體管。（圖片來源：Sujay Desai/加州大學伯克利分校）
由碳納米管場效應晶體管制成的新型微處理器的顯微圖像。（圖片來源：Felice Frankel）
碳納米管纖維製成的無線天線。（圖片來源：Jeff Fitlow / 萊斯大學）
超薄碳納米管紡織品，導電性好，柔韌性比銅薄膜強五十倍，可應用於電子領域。（圖片來源：伊利諾伊大學）
創新
近日，日本名古屋大學研究人員開發出一種更便宜的新方案，它能夠簡單高效地區分兩種碳納米管。這項工藝可用於量產純淨的單壁碳納米管（SWCNT），這種碳納米管可用於高性能電子器件。研究成果發表在《應用物理快報（Applied Physics Express）》期刊上。
技術
單壁碳納米管具有卓越的電子和機械特性，因此可作為一種理想的材料，廣泛應用於一系列電子器件，其中包括LCD顯示器中的薄膜晶體管。但問題是，生產出的單壁碳納米管只有三分之二適用於電子器件。有用的半導體單壁碳納米管必須與無用的金屬單壁碳納米管分離開來。但是，目前最強大的淨化工藝，稱為“雙水相萃取”，需要使用一種昂貴的多醣，稱為“右旋糖酐”。
名古屋大學的有機化學家 Haruka Omachi 及其同事假設，右旋糖酐在分離半導體單壁碳納米管和金屬單壁碳納米管方面的效力，歸功於連接其葡萄糖基的化學鍵。該團隊嘗試使用一種價格顯著降低、這些化學鍵卻明顯更多的異麥芽右旋糖酐，取代右旋糖酐來分開這兩種碳納米管。
一批單壁碳納米管在含有聚乙二醇和異麥芽右旋糖酐的溶液中靜置15分鐘，然後離心5分鐘。科學家們嘗試了三種不同的異麥芽右旋糖酐，每一種都具有不同數量的化學鍵以及不同的分子質量。團隊發現，金屬單壁碳納米管被分離至溶液底部的異麥芽右旋糖酐中，而半導體單壁碳納米管漂浮到頂部的聚乙二醇中。
價值
具有高相對分子質量和最多化學鍵的異麥芽右旋糖酐，分離兩種單壁碳納米管時是最高效的（99%）。團隊也發現，另一種多醣，稱為“普魯蘭多糖”，其葡萄糖基通過不同種的化學鍵連接，在分離兩種單壁碳納米管方面是不奏效的。研究人員表示，異麥芽右旋糖酐中化學鍵的數量和種類在有效分離碳納米管的能力方面扮演著重要角色。
團隊還發現，淨化後的半導體單壁碳納米管制造的薄膜晶體管性能非常好。
異麥芽右旋糖酐是一種廉價且廣泛應用的多糖，它由作為食用纖維使用的澱粉製成。這使之成為單壁碳納米管提取工藝的一種划算的替代方案。Omachi 及其同事目前正與一些公司商討，讓他們的方案走向商業化。他們也在致力改善柔性顯示器與傳感器中採用單壁碳納米管的薄膜晶體管的性能。
關鍵字
碳納米管、薄膜晶體管、柔性顯示器
【1】Haruka Omachi, Tomohiko Komuro, Kaisei Matsumoto, Minako Nakajima, Hikaru Watanabe, Jun Hirotani, Yutaka Ohno, Hisanori Shinohara.
Aqueous two-phase extraction of semiconducting single-wall carbon nanotubes with isomaltodextrin and thin-film transistor applications. Applied Physics Express, 2019; 12 (9): 097003 DOI: 10.7567/1882-0786/ab369e【2】http://en.nagoya-u.ac.jp/research/activities/news/2019/10/dietary-fibre-effectively-purifies-carbon-nanotubes.html
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