隔离半导体单壁纳米管或金属单壁纳米管及其方法技术

本公开的实施方式包括方法、聚合物和复合物。例如，方法实施方式包括提供包含拆解的超分子聚合物和破键剂的溶液；向该溶液添加抗溶剂以使超分子聚合物沉淀；以及使沉淀的超分子聚合物与破键剂隔离。隔离的超分子聚合物配置成从包含至少两种电类型的单壁碳纳米管(SWNT)的SWNT混合物中选择性地分散特定电类型的SWNT。

Isolated semiconductor single wall nanotube or metal single wall nanotube and its method

The embodiments of the present disclosure include a method, a polymer and a complex. For example, the way of implementation includes providing solutions containing disassembled supramolecular polymers and breaking agents, adding anti solvent to the solution to precipitate supramolecular polymers, and separating the precipitated supramolecular polymers from the breaking agents. The isolated supramolecular polymers are configured to selectively disperse SWNT of specific electrical type from SWNT mixtures containing at least two electric types of single-walled carbon nanotubes (SWNT).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】隔离半导体单壁纳米管或金属单壁纳米管及其方法背景碳纳米管(CNT)是展现出有趣和实用性能且可用于各种装置的独特的分子结构。示例性的CNT包括单壁纳米管(SWNT)和多壁纳米管(MWNT)。SWNT具有由六边形排布的原子构成的圆筒板状单原子厚的壳体。CNT因其制造和实施变得更加普遍而被用于数量和差异性不断增加的各种应用中。例如，高级电子应用正越来越多地考虑使用和/或联用SWNT。碳基SWNT是至少部分由碳原子组成的中空结构。SWNT可掺杂有其它元素，例如金属、硼和氮。SWNT正越来越多地被用作导体(例如纳米线)，以及被用于形成电子组件，例如场效应晶体管(FET)、开关以及其它组件。SWNT因具有各种手性(例如几何特征)而具有以展现出金属和半导体混合物的方式生长的倾向。例如，SWNT以成束半导体SWNT(S-SWNT)与金属SWNT(M-SWNT)的混合物的形态生长。M-SWNT显示出弹道特性，且可理想地为电子装置提供连接器与电极的传导。S-SWNT显示出高移动性，且可用于高电流和高速纳米管FET。相较而言，MWNT倾向于以金属MWNT的形态生长。上述以及其它问题对各种应用中半导体和/或金属纳米管的隔离提出了挑战。专利技术概述本专利技术涉及克服上述和其它涉及上述装置类型和其它实施方式的挑战。本专利技术通过多种实施和应用方式来例示，其中的一些作为实施例总结于下文。本公开的各方面包括使用和/或形成超分子聚合物。超分子聚合物包含多个非共价地连接以形成超分子聚合物的单体单元。利用脲基嘧啶酮部分(UPy)末端、碳侧链和骨架中的部分来表征这些单体单元。在各种特定的实施方式中，骨架中的部分包括：芴部分、噻吩部分、苯部分、苯并二噻吩部分、咔唑部分、噻吩并噻吩部分、苝二酰亚胺部分、异靛部分、吡咯并吡咯二酮部分、对映纯联萘酚部分和两个或更多个上述部分的低聚物或组合。在另一些特定的实施方式中，超分子聚合物以下式表征：在各种实施方式中，超分子聚合物配置成从SWNT混合物中选择性地分散特定电类型的SWNT。本文所用的“SWNT混合物”包括捆绑在一起的第一电类型SWNT和第二电类型SWNT。例如，向SWNT混合物添加超分子聚合物以形成未分散的第一电类型SWNT和未分散的超分子聚合物的混合物以及包含第二电类型SWNT和超分子聚合物的分散的复合物。通过例如对混合物进行离心和/或过滤来从分散的复合物中除去未分散的第一电类型SWNT(和未分散的超分子聚合物)。为了隔离第二电类型SWNT，向分散的复合物添加破键剂。破键剂拆解超分子聚合物并从超分子聚合物中释放第二电类型SWNT。然后，例如通过离心和/或过滤来使第二电类型SWNT与拆解的超分子聚合物和破键剂隔离。在各种实施方式中，设定和/或调整分散参数以选择所得到的第二电类型SWNT的纯度和收率。例如，在各种特定的实施方式中，调整了超分子聚合物与SWNT混合物之比、SWNT的浓度、声处理的功率以及声处理的时间。在一些特定的实施方式中，隔离的特定电类型的SWNT具有0.6～2.2纳米(nm)的直径和/或80～99.99％的纯度。按照各种方面，超分子聚合物被重组和隔离。例如，提供了一种包含拆解的超分子聚合物和破键剂的溶液。在各种实施方式中，所提供的溶液包含除去的和/或尚未除去的特定类型的SWNT。向该溶液添加抗溶剂以使超分子聚合物沉淀。例如，诸如甲醇这样的抗溶剂从拆解的低聚物或单体单元重组超分子聚合物。通过例如对拆解的超分子聚合物和破键剂的混合物进行离心来使沉淀的超分子聚合物与破键剂隔离，以沉淀超分子聚合物并且从包含破键剂的溶液中过滤沉淀的超分子聚合物。重复利用所得到的隔离的超分子聚合物来从SWNT混合物中选择性地分散特定电类型的SWNT。多个方面包括用于形成超分子聚合物的方法。例如，通过使碘代胞嘧啶与十二烷基异氰酸酯反应来形成乙烯基脲基嘧啶酮(乙烯基UPy)。然后，通过使乙烯基UPy与部分化合物(moietycompound)反应来形成超分子聚合物。所述部分化合物包括：芴部分、噻吩部分、苯部分、咔唑部分、异靛部分、苯并二噻吩部分、噻吩并噻吩部分、苝二酰亚胺部分、吡咯并吡咯二酮部分、对映纯联萘酚部分和所述骨架中的两个或更多个上述部分的低聚物或组合，其中的一些可未完全共轭。另一些特定且相关的方面包括复合物和用于形成该复合物的方法。复合物包括如上所述的超分子聚合物和分散的第一电类型SWNT，其中，第一电类型包括S-SWNT或M-SWNT。在各种特定的实施方式中，所述复合物是混合物的一部分，所述混合物还包含未分散的第二电类型SWNT，其中，所述第二电类型包括S-SWNT或M-SWNT中的另一种。在本公开的各种其它特定方面中，使用隔离的特定类型的SWNT来形成电子电路。电子电路包括晶体管、可伸缩电子器件、柔性电路、柔性晶体管、热电子器件、透明电子器件、显示屏、太阳能面板、加热器和扬声器以及其它电路。上述概述并不旨在描述本专利技术所例示的每个实施方式或每个实现方式。以下附图和详细描述(且参考附件A～C，其在作为基础的临时申请中提交并全部纳入本文)更具体地例示了这些实施方式。附图通过考虑以下结合附图的详细描述，可以更全面地理解各示例性的实施方式，其中：图1显示了根据各种实施方式的成束SWNT混合物的图示；图2显示了根据各种实施方式的隔离S-SWNT的方法；图3A～3C显示了根据各种实施方式的超分子聚合物的单体单元的例子；图4图示了根据各种实施方式的用于合成超分子聚合物的示例性工艺；图5A～5F图示了根据各种实施方式的隔离S-SWNT的例子；图6A～6B图示了根据各种实施方式的超分子聚合物的光谱的例子；图7A～7B图示了根据各种实施方式的用于形成超分子聚合物的化合物的光谱的例子；图8A～8B图示了根据各种实施方式的用于形成超分子聚合物的化合物的光谱的例子；图9A～9C图示了根据各种实施方式的所形成的超分子聚合物的扩散系数与分子量之间关系的例子；图10A～10C图示了根据各种实施方式的SWNT混合物和使用超分子聚合物隔离的所得到的分散的SWNT的例子；图11A～11B图示了根据各种实施方式对超分子聚合物与SWNT混合物之比的分散参数进行调整的结果的例子；图12A～12B图示了根据各种实施方式对SWNT浓度的分散参数进行调整的例子；图13A～13B图示了根据各种实施方式对声处理功率的分散参数进行调整的例子；图14A～14B图示了根据各种实施方式对声处理时间的分散参数进行调整的例子；图15图示了根据各种实施方式的隔离的特定电类型的SWNT的吸收光谱的例子；图16图示了根据各种实施方式的在特定分散参数下隔离的特定电类型的SWNT的吸收光谱的例子；图17A～17D图示了根据各种实施方式的原始的和选出的SWNT在各种激发波下的光谱的例子；和图18图示了根据各种实施方式的SWNT和/或超分子聚合物的示例性用途。尽管本文所述的各种实施方式适于各种修改和替代形式，其各方面通过举例方式显示在附图中，并被详细描述。但应当理解的是，本专利技术并不仅限于所述的具体实施方式。相反，本专利技术涵盖了所有落入包括权利要求书所限定的各方面在内的本专利技术范围内的修改、等效物和替代物。另外，本申请中使用的“例子”一词只作为说明，而非限制。专利技术详述据信，本公开的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括：提供包含拆解的超分子聚合物和破键剂的溶液；向所述溶液添加抗溶剂以使所述超分子聚合物沉淀；以及使所述沉淀的超分子聚合物与所述破键剂隔离，其中，所述隔离的超分子聚合物配置成从包含至少两种电类型的单壁碳纳米管(SWNT)的SWNT混合物中选择性地分散特定电类型的SWNT。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 US 62/137,5991.一种方法，所述方法包括：提供包含拆解的超分子聚合物和破键剂的溶液；向所述溶液添加抗溶剂以使所述超分子聚合物沉淀；以及使所述沉淀的超分子聚合物与所述破键剂隔离，其中，所述隔离的超分子聚合物配置成从包含至少两种电类型的单壁碳纳米管(SWNT)的SWNT混合物中选择性地分散特定电类型的SWNT。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述溶液包括：提供包含所述超分子聚合物和特定电类型的单壁碳纳米管(SWNT)的分散的复合物；以及向所述分散的复合物添加破键剂以拆解所述超分子聚合物并且隔离所述SWNT。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，隔离所述SWNT包括从所述溶液过滤特定类型的SWNT。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述溶液包括通过以下方式使单壁碳纳米管(SWNT)从SWNT混合物中隔离：向所述SWNT混合物添加超分子聚合物以形成未分散的第一电类型SWNT和所述超分子聚合物的混合物以及包含第二电类型SWNT和所述超分子聚合物的分散的复合物；除去所述未分散的SWNT；以及使用所述破键剂拆解所述超分子聚合物以从所述超分子聚合物上释放所述第二电类型SWNT。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述沉淀的超分子聚合物与所述破键剂隔离包括从包含所述破键剂的所述溶液过滤所述沉淀的超分子聚合物。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述沉淀的超分子聚合物与所述破键剂隔离包括对包含所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂的混合物进行离心，以除去含有所述破键剂的溶液。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述沉淀的超分子聚合物与所述破键剂隔离包括：对包含所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂的混合物进行离心，以使所述超分子聚合物沉淀；以及从包含所述破键剂的溶剂过滤所述沉淀的超分子聚合物。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述溶液添加所述抗溶剂包括向所述溶液添加甲醇，以从所述拆解的超分子聚合物重组所述超分子聚合物，所述拆解的超分子聚合物包含低聚物或单体单元。9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，向所述SWNT混合物添加所述超分子聚合物包括在溶剂中使所述超分子聚合物与所述SWNT混合物结合，并且对结合的混合物进行声处理。10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，向所述SWNT混合物添加所述超分子聚合物包括在甲苯或氯仿中使所述超分子聚合物与所述SWNT混合物结合，并且添加所述破键剂包括添加三氟乙酸(TFA)的。11.一种方法，所述方法包括：向单壁碳纳米管(SWNT)混合物添加超分子聚合物，所述SWNT混合物包含第一电类型SWNT和第二电类型SWNT，其中，向所述SWNT添加所述超分子聚合物形成未分散的第一电类型SWNT和未分散的超分子聚合物的混合物以及包含所述第二电类型SWNT和所述超分子聚合物的分散的复合物；从所述分散的复合物中除去所述未分散的第一电类型SWNT；向所述分散的复合物添加破键剂，所述破键剂配置成拆解所述超分子聚合物并且从所述超分子聚合物上释放所述第二电类型SWNT；以及使所述第二电类型SWNT与所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂隔离。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，添加所述破键剂包括破坏键合所述超分子聚合物的单体单元的氢键以拆解所述超分子聚合物，其中，所述第一电类型SWNT包含金属SWNT(M-SWNT)，且所述第二电类型SWNT包含半导体SWNT(S-SWNT)。13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，添加所述破键剂包括破坏键合所述超分子聚合物的单体单元的氢键以拆解所述超分子聚合物，其中，所述第一电类型SWNT包含半导体SWNT(S-SWNT)，且所述第二电类型SWNT包含金属SWNT(M-SWNT)。14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：向包含所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂的溶液添加抗溶剂，以使所述超分子聚合物沉淀；以及使沉淀的超分子聚合物与所述破键剂隔离。15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，从所述分散的复合物中除去所述未分散的第一电类型SWNT包括对所述未分散的第一电类型SWNT和所述分散的复合物的混合物进行离心。16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述第二电类型SWNT与所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂隔离包括从包含拆解的超分子聚合物和所述破键剂的溶液过滤所述第二电类型SWNT。17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述第二电类型SWNT与所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂隔离包括对包含所述第二电类型SWNT、所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂的混合物进行离心，以除去所述第二电类型SWNT。18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述第二电类型SWNT与所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂隔离包括：对包含所述第二电类型SWNT、所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂的混合物进行离心；以及从包含所述拆解的超分子聚合物和所述破键剂的溶液过滤所述第二电类型SWNT。19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述抗溶剂是甲醇，且所述破键剂是三氟乙酸(TFA)。20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，利用基于分散参数的纯度和收率来表征所述第二电类型SWNT，所述分散参数包括超分子聚合物与SWNT混合物之比、所述SWNT的浓度、声处理功率和声处理时间。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括调整所述分散参数，以选择所述第二电类型SWNT的纯度和收率。22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述分散参数包括超分子聚合物与SWNT混合物之比为1～2和20分钟30％的声处理功率。23.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括向所述第二电类型SWNT添加偶极非质子溶剂(NMP)以使所述SWNT重新分散。24.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括使用所述第二电类型SWNT以形成选自下组的电子电路：晶体管、可伸缩电子器件、柔性电...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·鲍，I·波乔罗夫斯基，
申请(专利权)人：小利兰·斯坦福大学托管委员会，
类型：发明
国别省市：美国,US