我院胡悦特聘教授团队在国际期刊《Nanoscale》上发表学术文章

获取洁净的单壁碳纳米管（SWNT）水平阵列对于开发稳定的纳米器件至关重要。然而，大多数SWNTs是用过渡金属基催化剂制备的，这不可避免地会留下金属催化剂残留，从而降低器件性能。

为解决上述问题，澳门新葡平台网址8883胡悦特聘教授团队联合北京理工大学杜然教授与广东工业大学黄少铭教授，开发使用绿色、低成本的氯化钠（食盐）作为非金属催化剂来生长SWNTs水平阵列。通过提出在较高温度下快速成核，然后在较低温度下稳定生长的策略，合适尺寸的氯化钠催化剂被制备出来，能够用于生长平均密度为每100微米100根的洁净SWNTs水平阵列。此外，该工作中还证明了所得到的洁净SWNTs水平阵列在构筑电子器件方面具有独特的优势，因为其能消除SWNTs局部大量催化剂残留的潜在风险。因此，该研究为促进基于SWNTs的下一代纳米器件的实际应用提供了可行的解决方案。

图1. 通过快速成核方法形成和沉积催化剂纳米颗粒和在石英衬底上生长水平SWNTs阵列的示意图。

图2. 快速成核法在石英衬底上生长的水平SWNTs阵列的表征。生长出的SWNTs阵列的SEM图 (a)和AFM图(b)(插图:左，高倍SEM图;右图为单个SWNT的高度轮廓)。单根SWNT的TEM图像(c)和拉曼光谱(d)。

图3. 常规升温法(上)和快速成核法(下)制备的催化剂及SWNTs阵列的差异。(a,b)在基底上制备的催化剂AFM图。(c,d)催化剂纳米颗粒的直径分布(红色阴影区域代表合适SWNT生长的尺寸范围)。(e,f)生长出的SWNTs阵列的SEM图。(比例尺，a、b为1 μm, e、f为20 μm)。

图4. 催化剂成核温度和SWNT生长温度对催化剂直径、催化剂密度和SWNT密度的影响。(a,b)在850°C成核温度(a)和940°C (b)生长温度(850°C)下生长的SWNTs阵列的SEM图(插图:催化剂颗粒的AFM图)。(c)不同成核温度下催化剂平均直径(方形)、催化剂密度(三角形)和SWNT密度(圆形)的统计。(d,e)在生长温度为850°C (d)和940°C (e)、成核温度为940°C下生长的SWNT阵列的SEM图像(插图:催化剂颗粒的AFM图像)。(f)不同生长温度下催化剂的平均直径(四方角)、催化剂密度(三角形)和SWNT密度(圆形)的统计。(红色阴影区域表示SWNT生长的合适直径范围) (比例尺，a、b、d、e为40 μm，插图内为1 μm)

图5. 大量铁和氯化钠杂质对SWNT电子器件的潜在影响。(a-c) SWNT的底栅晶体管器件的构造图(a)、光学图(b)和SEM图(c)。(d-f)在V_ds =1V时，初始半导体性SWNT与经过FeCl₃溶液(d)、NaCl溶液(e)和乙醇(f)处理后的I_ds−V_g曲线。(g) SWNT上金属颗粒连接电极形成金属桥的示意图。(h)金属桥形成后器件的电路图。

这一成果近期以“Common salts directed growth of metal-free horizontal SWNT arrays”为题发表在国际期刊《Nanoscale》上，澳门新葡平台网址8883为第一通讯单位，澳门新葡平台网址8883澳门新葡平台网址8883研究生余艺为文章的第一作者，我校胡悦特聘教授、北京理工大学杜然教授、广东工业大学黄少铭教授为通讯作者。

【文章链接】

https://doi.org/10.1039/D2NR05361F