碳纳米管分散体系、高洁净碳纳米管取向阵列及制备方法

本发明涉及一种碳纳米管分散体系，具体涉及一种用于实现高洁净碳纳米管取向阵列组装的碳纳米管分散体系，以及一种高洁净碳纳米管取向阵列及其制备方法，属于碳纳米管组装。

背景技术：

1、碳纳米管具有优异的电学特性和本征材料优势，被认为是纳米科学和技术上最有潜力的材料，是下一代电子器件领域潜在的候选者。工业生产的碳纳米管粉体通常是半导体型碳纳米管和金属型碳纳米管的混合物。金属单壁碳纳米管的存在会导致电子器件的短路，这就使得其在应用方面有一定的局限性。半导体单壁碳纳米管的分离技术在近些年得到了迅速发展，比如密度梯度超速离心法、凝胶色谱法、水溶液两相萃取法、dna包裹和共轭聚合物包裹法等。当半导体型碳纳米管在薄膜中呈高密度取向排列时，在轴向具有最高的载流子传输特性和最小的管间搭接，能充分发挥碳纳米管优异的性能。但是目前在有机体系下的碳纳米管分散和组装多依靠共轭聚合物的包裹，而共轭聚合物又影响了碳纳米管取向阵列性能的发挥，因此碳纳米管取向阵列的洁净化成为应用领域新的挑战。

2、为了实现高洁净碳纳米管取向阵列的组装，研究人员从溶液洁净化和取向阵列薄膜洁净化两方面做了大量努力。其中，溶液洁净化主要是在碳纳米管分散阶段就加强对碳纳米管表面聚合物的去除，一般采用的方法是通过使碳纳米管在对聚合物溶解性强的有机溶剂中超声重分散，使碳纳米管表面的聚合物尽可能的溶解在有机溶液中，然后通过抽滤去除有机溶剂。碳纳米管重分散过程中可以通过加入三氟乙酸使碳纳米管表面质子化，增强聚合物的去除效率。但是，该方法的缺点在于：聚合物无法彻底地清洗干净且反复地清洗会造成碳纳米管的损耗。碳纳米管取向阵列薄膜的洁净化现有的方法是利用聚合物和碳纳米管的热膨胀系数的差异，通过快速升降温对薄膜进行退火处理，该方法可以去除表面聚合物的侧链实现薄膜的洁净化。但是该方法的缺点是：虽然去除了聚合物的支链，但是聚合物主链仍包裹在碳纳米管表面，洁净化效果同样有限。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种用于实现高洁净碳纳米管取向阵列组装的碳纳米管分散体系，以克服现有技术中的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供一种高洁净碳纳米管取向阵列及其制备方法。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、本发明实施例提供了一种碳纳米管分散体系，至少用于实现高洁净碳纳米管取向阵列组装，其包括：碳纳米管、有机溶剂和分散剂，所述分散剂包括氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子。

5、在一些实施例中，所述分散剂至少具有如式a、b、c、d中任一者所示的结构：

6、

7、其中，ar包括r、中的至少任意一种基团，r至少选自氢原子、具有1～20个碳原子的直链、支链或者环状烷基链中的任意一种。

8、本发明实施例还提供了一种高洁净碳纳米管取向阵列的制备方法，其包括：

9、使碳纳米管、有机溶剂和分散剂混合均匀，形成碳纳米管分散体系，所述分散剂包括氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子；

10、在避光环境下，将基底浸入所述碳纳米管分散体系中，并加入富含羟基的溶液，之后将基底提拉出，在基底表面形成碳纳米管取向阵列；

11、以紫外线对表面具有碳纳米管取向阵列的基底进行照射，再经溶液浸泡和真空升华，制得高洁净碳纳米管取向阵列。

12、本发明实施例还提供了由前述制备方法制得的高洁净碳纳米管取向阵列。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、本发明提供的用于实现高洁净碳纳米管取向阵列组装的碳纳米管分散体系以氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子作为分散剂，同时可以通过紫外线照射分解，经过溶液浸泡和真空升华使碳纳米管表面最终不会残留聚合物分子，从而实现高洁净碳纳米管取向阵列的制备；并且，由于氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子可以通过紫外线分解，因此重分散过程的清洗过程可以简略，从而极大的减少了该过程中碳纳米管的损耗。

技术特征：

1.一种碳纳米管分散体系，至少用于实现高洁净碳纳米管取向阵列组装，其特征在于，所述碳纳米管分散体系包括：碳纳米管、有机溶剂和分散剂，所述分散剂包括氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管分散体系，其特征在于，所述分散剂至少具有如式a、b、c、d中任一者所示的结构：

3.一种高洁净碳纳米管取向阵列的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂至少具有如式a、b、c、d中任一者所示的结构：

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括：将碳纳米管、分散剂置于有机溶剂中，并混合均匀，之后离心取上清液，制得所述碳纳米管分散体系；

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括：去除所述碳纳米管分散体系中的有机溶剂，之后分散于极性有机溶剂中，形成碳纳米管极性有机溶液；

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括：在避光环境下，将基底垂直浸入所述碳纳米管分散体系或碳纳米管极性有机溶液中，并加入富含羟基的溶液，待液面稳定后缓慢将基底从碳纳米管分散体系或碳纳米管极性有机溶液中提拉出来，实现碳纳米管取向阵列的制备；

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述照射的时间为20min～1h，采用的紫外光的波长为200～450nm。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶液浸泡包括：将照射后的表面具有碳纳米管取向阵列的基底置于甲苯中，浸泡1～2h；

10.由权利要求3-9中任一项所述制备方法制得的高洁净碳纳米管取向阵列。

技术总结本发明公开了一种碳纳米管分散体系、高洁净碳纳米管取向阵列及制备方法。所述高洁净碳纳米管取向阵列的制备方法包括：使碳纳米管、有机溶剂和氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子混合均匀，形成碳纳米管分散体系，去在避光环境下，将基底浸入碳纳米管分散体系中，制备碳纳米管取向阵列；最后以紫外线进行照射，再经溶液浸泡和真空升华，制得高洁净碳纳米管取向阵列。本发明提供的碳纳米管分散体系以氮掺杂或无氮掺杂并五苯体系分子作为分散剂，同时可通过紫外线照射分解，最终不会残留在碳纳米管表面，从而实现高洁净碳纳米管取向阵列的制备。技术研发人员：邱松,赵金涛,南泽圆受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11