Сочетание
уникальных электрических и механических свойств одностенных углеродных
нанотрубок позволяет рассматривать материалы на их основе в качестве весьма
перспективных для самого широкого круга применений: гибкая электроника,
биосенсорика и хемосенсорика, альтернативная энергетика. Несмотря на это учёные
со всего мира бьются над решением одной из важнейших задач, которая стоит на
пути широкого применения УНТ – разработать подход, позволяющий дёшево и
эффективно разделять нанотрубки различных размеров и с различным электрическим
поведением (проводники и полупроводники), а также ориентировать их.
Воспроизводимость результатов – основное условие серийного производства.
На сегодняшний день было предложено несколько методов
ориентации ОУНТ: диэлектрофорез, газоточный метод, метод испарения капли и
некоторые другие. Однако вследствие того, что в смеси, получаемой при
высокотемпературном синтезе УНТ, присутствуют как нанотрубки с металлической проводимостью,
так и полупроводниковые, транзисторы на основе данных материалов имели плохие
характеристики. В работе, выполненной учёными из Стенфордского университета и
исследовательского подразделения компании Samsung, было показано, что разделение металлических и
полупроводниковых ОУНТ возможно.
Поверхность диоксида кремния толщиной 300 нм,
нанесённая на чистую кремневую подложку, была модифицирована с помощью
функциональных групп (амин и фенил, рис.1). При этом возможно взаимодействие
между нанотрубками и функциональными группами, что и приводит к их ориентации
вдоль выделенного направления. Далее на
основе данной структуры собирался полевой транзистор (ориентирование нанотрубок
осуществлялось с помощью метода гидродинамического потока), и исследовались его
характеристики (рис.2), на основании которых можно судить об ориентации и
проводимости нанотрубок. Результаты микро-Рамановской спектроскопии представлены
на рисунке 3.
Из представленных данных следует, что аминогруппы преимущественно
взаимодействуют с полупроводниковыми ОУНТ, тогда как фенильные заместители – с металлическими.
К примеру, соотношение on/off в транзисторе
с нанотрубками без какой-либо дополнительной обработки и оплавления в процессе экспериментов достигает
значения в 900000, что является достаточно хорошим показателем для полупроводниковой
техники, тогда как с фенильным заместителем - ~2-3. Также о подобном влиянии
функциональных групп на разделение ОУНТ свидетельствуют и данные микро-Рамановской
спектроскопии.
Учёные уверены, что данный способ разделения ОУНТ
является наиболее перспективным среди прочих, так как плотность, упорядочение,
электронная природа и хиральность нанотрубок можно регулировать с помощью
введения различных функциональных групп. А полученные результаты экспериментов
с полевым транзистором на основе разделённых нанотрубок (среднее значение
параметра on/off более 100000, простота исполнения и отсутствие дополнительной
обработки) могут заложить основу создания полевых транзисторов из подобного материала.
