基于碳纳米管/六方氮化硼异质结构的碳纳米管手性判断

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单壁碳纳米管因其独特的一维分子结构和优异的力学、热学、电学以及光学性质而成为近些年的研究热点。因手性指数的差异,单壁碳纳米管包含多达200种不同结构。由于结构依附的能带结构,不同结构的碳纳米管将展现出不同的电学性质。这些不同的结构体给碳纳米管带来了丰富的电学性质,同时对区分某一手性指数的碳纳米管并将其付诸实际应用带来难题。因此,对碳纳米管手性的探测具有很大的应用价值和科学研究意义。本论文发展了一种在绝缘六方氮化硼衬底上定向结合的碳纳米管的手性探测技术。我们首先通过化学气相沉积成功地将碳纳米管制备在六方氮化硼衬底上并在实验上观测到了碳纳米管在范德华力作用下与绝缘六方氮化硼衬底定向结合现象。通过分子动力学模拟计算,我们证实这种定向结合为碳纳米管的手性选择性排列。通过这种特征排列,我们测量出定向结合的碳纳米管的手性角,进而得到了手性指数信息。针对在六方氮化硼上未定向结合的碳纳米管,我们通过无电极局域阳极氧化刻蚀技术将碳纳米管切割成长度约为1μm的小片段,再通过热诱导使其与六方氮化硼定向结合,拓宽了该手性探测技术的适用范围。另外,我们自主搭建了一套基于光学偏振的瑞利散射光谱系统,实现了对单根碳纳米管的光学成像与光谱采集。通过测量碳纳米管的光学响应,进而得到手性信息,成功地验证了此种纳米管手性探测技术的准确性。这种新发展出的在绝缘六方氮化硼衬底上直接探测碳纳米管手性的技术具有简洁、准确、无损等优点,将会在高质量碳纳米管纳米电子和光电子器件领域有极其重要的应用价值。
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