半導(dǎo)體型單壁碳納米管（s-SWNTs）具有獨(dú)特的電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)特性，被認(rèn)為是最有希望取代硅延續(xù)摩爾定律的半導(dǎo)體材料之一。但是，目前通過常規(guī)制備手段所制備的SWNTs均是不同導(dǎo)電屬性的SWNTs混合物，極大地阻礙了其優(yōu)異電子性能的發(fā)揮及在諸多高端科技領(lǐng)域里的潛在應(yīng)用。因此，如何有效地獲得高純度、高質(zhì)量的s-SWNTs是實(shí)現(xiàn)其在電子及光電器件等領(lǐng)域應(yīng)用的前提。

　　中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所先進(jìn)材料部李清文團(tuán)隊(duì)自2008年以來一直開展碳納米管在水相和有機(jī)相中的宏量分離及應(yīng)用研究。在水相研究方面，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究分散條件及凝膠結(jié)構(gòu)對碳納米管分離效果的影響，開發(fā)出新的凝膠色譜分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)s-SWCNTs的快速、大規(guī)模、連續(xù)性分離，相關(guān)研究成果先后發(fā)表在J. Phys. Chem. C、Carbon 等多個(gè)國內(nèi)外期刊上。

　　近期，研究團(tuán)隊(duì)通過研究共軛聚合物的結(jié)構(gòu)對大管徑半導(dǎo)體碳納米管的選擇性影響，先后設(shè)計(jì)了含有大環(huán)共軛平面的芳香聚合物PFPXX、咔唑類共軛聚合物系列分子，實(shí)現(xiàn)了批量化、高純度半導(dǎo)體單壁碳納米管溶液的獲得（純度>99.9%，產(chǎn)率500 g/h）。最新研究成果分別發(fā)表在Chem. Comm. 2013,49(89),10492-10494和Small, DOI: 10.1002/smll.201600398上(圖1)。此外，研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次利用共軛小分子4HP實(shí)現(xiàn)高純度半導(dǎo)體性碳納米管的高效分離，并且這種共軛小分子具有光降解性，可用于制備表面“干凈”的碳管薄膜（圖2）。相關(guān)研究成果最近被Carbon 期刊接收。

　　在應(yīng)用方面，研究團(tuán)隊(duì)利用高純度半導(dǎo)體單壁碳納米管溶液制備出大面積晶體管器件陣列，在均勻性和一致性等關(guān)鍵指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異，平均開關(guān)比為106，遷移率達(dá)到67.5 cm2/Vs（圖3）。研究團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)教授彭練矛課題組開展了深入的合作，共同實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體型碳納米管的集成電路和顯示器背板驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，取得了突出成果。

　　該系列工作獲得了國家“973”計(jì)劃納米重點(diǎn)專項(xiàng)（2011CB932600）、國家自然科學(xué)基金（61274130, 21373262，21073223，20903069，21104091）、中科院及蘇州納米所的大力支持。

圖1 三種系列共軛聚合物分子結(jié)構(gòu)及分離碳管效果圖 

圖2 (a) 超高純度s-SWCNT的納米器件性能和（b）4HP的光降解性質(zhì) 

圖3 高純度半導(dǎo)體單壁碳納米管在大面積薄膜器件中的應(yīng)用