Kā atšķirt metāliskas un pusvadītāju vienas sienas{0}}oglekļa nanocaurules?

Ne visām viensienu oglekļa nanocaurulēm (SWCNT) ir vienādas vadītspējas īpašības. Oglekļa nanocaurules, kas veidojas, velmējot vienu grafēna slāni, var uzrādīt vai nu metālisku, vai pusvadītāju. Šīs atšķirības atslēga nav tikai caurules diametrs vai garums, bet gan hirālā struktūra (hiralitāte) un hirālais indekss (n, m), kas atbilst oglekļa nanocaurules velmēšanas metodei.

Uzņēmumiem, kas strādā ar nanoelektroniskām ierīcēm, caurspīdīgām vadošām plēvēm, sensoriem, lauka -efekta tranzistoriem un augstas veiktspējas vadītspējīgiem kompozītmateriāliem, ir ļoti svarīgi noskaidrot atšķirību starp metāliskām un pusvadītājām vienas sienas oglekļa nanocaurulēm.

Vienkārši sakot, vispirms varat atcerēties sprieduma likumu: Kad (n−m) mod 3=0, vienas -sienu oglekļa nanocaurule pieder pie metāla tipa saskaņā ar ideālo pirmās -kārtas modeli; kad (n−m) mod 3=1 vai 2, tas pieder pusvadītāju tipam.

Šīs klasiskās elektroniskās struktūras attiecības ir pārbaudītas ar lielu oglekļa nanocauruļu pētījumu daudzumu. Oglekļa nanocauruļu elektriskās īpašības nosaka to hiralitāte apkārtmērā. Teorētiski apmēram 1/3 ir metāliski un 2/3 ir pusvadītāji.

I. Kāda ir lielākā atšķirība starp metāla un pusvadītāju viensienu oglekļa nanocaurulēm?

Lielākā atšķirība starp abām ir atšķirīgā elektronisko joslu struktūra, un šī atšķirība izriet no vienas -sienu oglekļa nanocaurules hirālās struktūras.

Vienu -sienu oglekļa nanocauruli var uzskatīt par cilindrisku struktūru, kas veidojas, velmējot grafēna slāni noteiktā virzienā. Dažādi grafēna rites virzieni dod dažādus (n, m) hirālos indeksus.

Citiem vārdiem sakot: grafēna velmēšanas virziens → atšķirīgs hirālais indekss → atšķirīga joslas struktūra → metālisks vai pusvadošs.

Agrīnie eksperimentālie pētījumi par vienas sienas oglekļa nanocaurulēm jau ir pierādījuši, ka to elektroniskās īpašības ir saistītas ar caurules sienas grafīta struktūras izkārtojuma virzienu un diametru.

Tāpēc nav iespējams tieši noteikt, vai SWCNT ir metālisks vai pusvadošs, izmantojot vizuālu pārbaudi, parastos SEM attēlus vai vienkārši "caurules diametra izmēru".

II. Kāds ir vienas-sienu oglekļa nanocaurules hirālais indekss (n,m)?

Hirālais indekss (n,m) ir vissvarīgākais strukturālais parametrs vienas -sienu oglekļa nanocauruļu elektroniskā tipa noteikšanai.

Divdimensiju grafēna režģī divus veselus skaitļus n un m var izmantot, lai aprakstītu oglekļa nanocaurules rites virzienu.

Piemēram:

(6,5)

(7,5)

(9,9)

(10,0)

(12,6)

Šķiet, ka tie ir tikai divi veseli skaitļi, bet patiesībā tie atbilst dažādiem:

Cauruļu diametri

Hirālie leņķi

Atomu izkārtojuma metodes

Elektroniskās joslu struktūras

Optiskās pārejas

Elektrotransporta īpašības

Pētījumi liecina, ka vienas -sienu oglekļa nanocaurulēm var būt simtiem dažādu struktūru, katru definējot ar (n,m) hirālo indeksu un kas atbilst dažādām optiskām pārejām.

Pamatattiecības starp hirālo indeksu un elektronisko tipu

Iepriekš minētā klasifikācija ir klasiska sprieduma metode ideālai vienas -sienu oglekļa nanocaurules elektroniskajai struktūrai.

III. Kā ar formulu palīdzību noteikt metālisku vai pusvadītāju tipu?

Vistiešākā metode ir aprēķināt atlikumu, ja (n-m) dala ar 3.

Piemēram:

1. piemērs: (9,9)

9−9=0

0 mod 3=0

Tāpēc:

(9,9) → Metālisks

Šis ir arī tipisks Atzveltnes krēsla -tipa vienas-sienu oglekļa nanocaurule.

2. piemērs: (10,0)

10−0=10

10 mod 3=1

Tāpēc:

(10,0) → Pusvadītāji

3. piemērs: (10,7)

10−7=3

3 mod 3=0

Tāpēc:

(10,7) → Pieder metāliskajam tipam saskaņā ar ideālo pirmās -kārtas modeli.

4. piemērs: (8,6)

8−6=2

2 mod 3=2

Tāpēc:

(8,6) → Pusvadītāji.

Šo sprieduma metodi var sakārtot ļoti vienkāršā tabulā:

Tāpēc, ja piegādātājs var sniegt skaidrus (n,m) hiralitātes sadalījuma datus, ir iespējams spriest par metālu un pusvadītāju tipus no konstrukcijas līmeņa.

IV. Vai visas vienas-sienu oglekļa nanocaurules ar (n−m) modu 3=0 ir patiesi metāliskas?

Stingri sakot, nav iespējams vienkārši saprast visus SWCNT ar (n−m) mod 3=0 kā ideālus metālus ar pilnīgi nulles joslas atstarpi.

Tas ir ļoti svarīgs faktiskā iepirkuma un tehniskās komunikācijas punkts.

Saskaņā ar klasisko saspringto-saistošo aproksimāciju (n−m) mod 3=0 atbilst metāliskumam; tomēr ne-Atzveltnes krēsla-tipa lampām tādi efekti kā izliekums un π orbitālā sajaukšanās var atvērt ļoti mazu joslas atstarpi. Tāpēc dažas tā sauktās "metāliskās" hirālās lampas ir precīzāk klasificētas kā pus-metāli vai ārkārtīgi mazas joslas spraugas pusvadītāji.

Jaunākie ACS pētījumi arī īpaši norāda, ka SWCNT ar (n-m) mod 3=0 parasti tiek klasificēti kā metāliski, taču dažām hirālām caurulēm, izņemot n=m, teorētiski var būt ļoti mazas joslas spraugas.

Tāpēc profesionālajos tehniskajos dokumentos:

Metālisks SWCNT ≠ Ar strikti nulles joslas spraugas visos gadījumos.

Īpaši elektronisko ierīču lietojumprogrammās galīgo ierīces darbību nevar novērtēt, pamatojoties tikai uz vienkāršu mod 3 noteikumu.

V. Kādas ir veiktspējas atšķirības starp metāliskām un pusvadītājām vienas sienas oglekļa nanocaurulēm?

Metāliskie SWCNT ir piemērotāki to augstās vadītspējas īpašību izmantošanai, savukārt pusvadītāji SWCNT ir vairāk piemēroti elektroniskām un optoelektroniskām ierīcēm, kurām nepieciešams regulējams nesēja transports.

SWCNT elektroniskās īpašības ir cieši saistītas ar hiralitāti, un pusvadītāja oglekļa nanocaurules jau ir izmantotas lauka -efektu tranzistoros, loģiskās ierīcēs, elastīgā elektronikā un citos virzienos.

VI. Vai Ramana spektroskopija var atšķirt metāla un pusvadītāju vienas sienas oglekļa nanocaurules?

Ramana spektroskopijas raksturīgās virsotnes var izmantot spriedumam, taču Ramana nevar vienkārši pielīdzināt "pīķa laukuma proporciju" ar patieso metālu un pusvadītāju tipu proporciju paraugā.

Šī ir viena no ievērības cienīgākajām eksperimentālajām problēmām, vērtējot metāliskas un pusvadītājas vienas sienas oglekļa nanocaurules.

RBM (radiālais elpošanas režīms) Ramana spektroskopijā ir ļoti jutīgs pret oglekļa nanocaurules diametru un hiralitāti, tāpēc RBM pīķa pozīcija un rezonanses apstākļi var palīdzēt identificēt specifiskas (n, m) struktūras.

Pētījumi ir pierādījuši, ka Ramānu var izmantot metālisku SWCNT hirālai identificēšanai, un ļoti augstu enerģijas izšķirtspēju var iegūt, izmantojot elektroniskās Ramana izkliedes īpašības.

Tomēr:

Nevar vienkārši pieņemt, ka "metāla RBM maksimālā intensitāte ÷ visas RBM maksimālās intensitātes=metāla saturs".

Iemesls ir tāds, ka Ramana signālus ietekmē:

Lāzera viļņa garums

Rezonanses apstākļi

Oglekļa caurules diametrs

Hiralitāte

Ramana izkliedes šķērsgriezums-

Vides paraugs

un citi faktori.

Pētījumi skaidri norāda, ka, izmantojot ierobežotu skaitu lāzera līniju, lai tieši novērtētu metāla attiecību, izmantojot RBM pīķa numuru vai integrēto intensitāti, var rasties novirzes.

VII. Kā izmantot RBM virsotnes, lai palīdzētu novērtēt vienu-sienu oglekļa nanocaurules tipu?

RBM ir viens no ļoti svarīgajiem strukturālajiem pirkstu nospiedumiem vienas -sienu oglekļa nanocaurules Ramana raksturojumā, taču analīze ir jāapvieno ar lāzera enerģiju un hirālo identifikāciju.

RBM virsotnes parasti atrodas zemākā viļņu skaita reģionā, un to pīķu pozīcijām ir acīmredzama saistība ar oglekļa nanocaurules diametru.

Kopējo aptuveno attiecību var uzrakstīt šādi:

ωRBM ≈ A/d + B

Kur:

ωRBM: RBM maksimālā pozīcija

d: SWCNT diametrs

A, B: parametri, kas saistīti ar konkrēto modeli un vidi

Tāpēc Ramans nav vienkārši "redzot virsotni, jūs varat uzzināt, vai tas ir metālisks vai pusvadītājs".

Uzticamāka pieeja ir:

RBM maksimums → Novērtējiet caurules diametru → Apvienojiet ar rezonanses apstākļiem → Veiciet (n,m) identifikāciju → Novērtējiet elektronisko tipu, pamatojoties uz (n−m) mod 3.

Tas ir arī iemesls, kāpēc profesionāliem SWCNT piegādātājiem ir jābūt salīdzinoši pilnīgām struktūras raksturošanas iespējām.

VIII. Vai UV-vis-NIR spektroskopija var atšķirt metāliskus un pusvadītāju tipus?

Jā, un UV-vis-NIR spektroskopija ir viena no svarīgākajām metodēm metālisku/pusvadītāju SWCNT sastāva analīzei.

Pusvadītājām vienas sienas{0}}oglekļa nanocaurulēm ir acīmredzamas elektroniskas pārejas, piemēram, kopīgie S11, S22 raksturlielumi; metāla SWCNT ir dažādas optiskās pārejas īpašības.

Pašreizējos ACS pētījumos ir izmantota UV-vis-NIR absorbcijas spektroskopija, lai analizētu metālisko un pusvadītāju SWCNT attiecību, un ziņots par kvantitatīviem rezultātiem ar metālu-bagātinātiem un pusvadītājiem-bagātinātiem paraugiem. Piemēram, dažu atdalītu paraugu metālu saturs var sasniegt 99,5%, bet pusvadītāju saturs var sasniegt 98,9%.

Tomēr šie skaitļi ir konkrētu pētījumu paraugu eksperimentāli rezultāti, nevis universāli rādītāji, ko var sasniegt visi SWCNT produkti.

Tāpēc iepirkuma laikā, ja piegādātājs apgalvo:

"Metallic SWCNT purity >99%"

Vislabāk ir jautāt tālāk:

Kāda ir pārbaudes metode?

Vai tiek pārbaudīts metālu saturs vai noteiktas hiralitātes tīrība?

Vai tas ir viens (n,m) vai metālisks maisījums?

Kāds lāzera/spektra diapazons tiek izmantots?

Vai ir neatkarīgi raksturojuma dati?

IX. Vai elektronu difrakcija var tieši noteikt metālisku/pusvadītāju tipu oglekļa nanocaurulēm ar vienu sienu{1}}?

Elektronu difrakcija var nodrošināt strukturālu pamatu metāla/pusvadītāju tipa spriedumam, analizējot atsevišķu SWCNT kristālu struktūru un (n,m) hirālo indeksu.

Šī ir viena no svarīgākajām metodēm atsevišķu oglekļa nanocauruļu struktūras izpētei.

ACS pētījumos ir izmantota elektronu difrakcija, lai analizētu SWCNT hiralitātes sadalījumu un noteiktu metālisko attiecību paraugos, pamatojoties uz atsevišķām oglekļa nanocaurulēm. Piemēram, vienā pētījuma paraugā, analizējot 166 SWCNT, metāla attiecība bija aptuveni 24%; cita paraugu grupa bija aptuveni 33%.

Tas arī ilustrē svarīgu punktu:

Teorētiskais "apmēram 1/3 metālu, apmēram 2/3 pusvadītāju" ir strukturālās statistikas bāzes līnija, un tas nenozīmē, ka jebkurš faktiski audzēts paraugs stingri saglabās 33,3%/66,7%.

Faktisko attiecību ietekmē:

Katalizators

Augšanas temperatūra

Oglekļa avots

Augšanas kinētika

Caurules diametra sadalījums

Hiralitātes selektivitāte

un citi faktori.

X. Kāpēc vienas-sienu oglekļa nanocaurules cena var tik ļoti atšķirties?

SWCNT cenu atšķirības bieži ir saistītas ar tīrību, hiralitātes kontroles pakāpi, metāla/pusvadītāju attiecību, caurules diametra sadalījumu un pēcapstrādes līmeni, nevis tikai "oglekļa nanocaurules saturu".

Parastie jauktie SWCNT un augstas{0}}tīrības pakāpes pusvadītāju SWCNT nav viena un tā pati iepirkuma loģika.

Vienotu SWCNT iegūšana ar labi-definētu diametru, garumu, hiralitāti un elektroniskām īpašībām vienmēr ir bijis svarīgs mērķis šajā jomā. Izpētes ceļi ietver selektīvu augšanu un pēc-sintēzes atdalīšanu.

XI. Kā izvēlēties starp metāliskām un pusvadītājām vienas sienas{1}}oglekļa nanocaurulēm?

Ja jūsu galvenā nepieciešamība ir vadītspēja, jums parasti jākoncentrējas uz metāla attiecību; ja mērķis ir tranzistori vai pusvadītāju ierīces, jums jākoncentrējas uz pusvadītāju tīrību un specifisku hiralitāti.

Iepriekšēju spriedumu var pieņemt saskaņā ar pieteikumu:

Jāuzsver, ka "metāls ir labāks" vai "pusvadītspēja ir labāks" nav precīzi veidi, kā novērtēt materiālus.

Patiesā izvēle būtu jānosaka gala ierīcei un materiālu sistēmai.

XII. Kāpēc vienas-sienu oglekļa nanocaurules ražotājiem jākontrolē hiralitāte?

Tā kā augstākās -SWCNT lietojumprogrammās hiralitātes kontrole faktiski ir gala materiāla elektronisko un optisko īpašību kontrole.

Galvenie pašreizējie tehniskie maršruti ietver:

Selektīva izaugsme

Hiralitātes kontrole

Pēc-sintēzes atdalīšana

Metāla/pusvadītāju atdalīšana

Viena{0}}ķiralitātes atdalīšana

Parastajiem kompozītmateriāliem var nebūt vajadzīga ļoti augsta hiralitātes tīrība.

Bet priekš:

CNT{0}}FET

Elastīgi tranzistori

Nanolāzera loģikas ierīces

Fotodetektori

Tuvumā{0}}infrasarkanās optoelektroniskās ierīces

Vienas{0}}molekulas sensori

Ievērojami pieaugs hiralitātes kontroles nozīme.

XIII. Kā viens-sienu oglekļa nanocauruļu ražotājs, kā Shandong Tanfeng atbilst dažādiem lietojumiem?

Shandong Tanfeng vienas sienas oglekļa nanocaurules produktu izstrāde var izveidot atbilstošu saikni ar "strukturāliem parametriem-elektroniskā tipa- gala lietojumu", nevis tikai nodrošināt vienotu SWCNT produktu specifikāciju.

Klientiem, kuriem ir jāiegādājas oglekļa nanocaurules ar vienu sienu{0}}, saziņa var koncentrēties uz šādiem parametriem:

1. Vienas-sienu oglekļa nanocaurules pamatstruktūra

Ietver:

Caurules diametrs

Garums

Malu attiecība

Konkrēts virsmas laukums

Oglekļa tīrība

Metāla piemaisījumi

Amorfā oglekļa saturs

2. Elektroniskais tips

Atbilstoši klientu pieteikuma vajadzībām papildu uzmanību var pievērst:

Metālisks SWCNT

Pusvadītāju SWCNT

Metāliski{0}}bagātināts SWCNT

Pusvadītāju{0}}bagātināts SWCNT

3. Chiralitātes informācija

Augstākās klases{0}}lietojumprogrammām papildu uzmanību var pievērst:

(n,m) sadalījums

Hirālais leņķis

Caurules diametra sadalījums

Specifiskā hiralitātes bagātināšanas pakāpe

4. Spektrālais raksturojums

Atkarībā no produkta un pielietojuma vajadzībām uzmanību var pievērst:

Ramans

GSM

G/D attiecība

UV-vis-NIR

PL

Cits struktūras/sastāva raksturojums

Tas ir īpaši svarīgi pētniecības un izstrādes un ražošanas uzņēmumiem, kuriem ir jāiegādājas augstas -tīrības pakāpes vienas-oglekļa nanocaurules, pusvadītāja viensienas-oglekļa nanocaurules un metāliskas viensienas-oglekļa nanocaurules.

XIV. Kādiem lietojumiem ir piemērotāki Shandong Tanfeng vienreizējie-karbona nanocaurules izstrādājumi?

Shandong Tanfeng var nodrošināt produktu atbilstību elektroniskiem materiāliem, vadošiem materiāliem un augstas veiktspējas{0}}kompozītmateriālu klientiem atbilstoši dažādiem SWCNT elektronikas veidiem un strukturālajām prasībām.

Elektroniskās ierīces

Klientiem, kuriem nepieciešami pusvadītāju SWCNT, specifikāciju saskaņošanu var veikt, ņemot vērā pusvadītāju attiecību, hiralitātes sadalījumu un optiskās īpašības.

Vadošās plēves

Tādiem lietojumiem kā caurspīdīgas vadošas plēves galvenā uzmanība var pievērst metāla attiecību, tīkla veidošanas spēju un plēves pretestību.

Sensori

SWCNT ir salīdzinoši jutīgi pret virsmas adsorbciju un vietējām lādiņu izmaiņām, un tos var izmantot dažāda veida sensoru materiālu izstrādei.

Vadītspējīgi kompozītmateriāli

Ja lietojumprogrammas mērķis ir izveidot zemu{0}}papildu vadītspējīgu tīklu, ir rūpīgi jāapsver SWCNT garums, diametrs, tīrība, izkliedes stāvoklis un elektroniskais veids.

Kā vienas -sienu oglekļa nanocaurules ražotājs Shandong Tanfeng var saskaņot specifikācijas no divu dimensiju-produkta struktūras un raksturojuma rādītājiem-atbilstoši konkrētām klientu lietojumprogrammu vajadzībām, nevis vienkārši pārdot ar trim vārdiem "SWCNT".

XV. Bieži uzdotie jautājumi: metāla un pusvadītāju vienas sienas{1}}karbona nanocaurules

1. Kāpēc vienas -sienu oglekļa nanocaurules ir metāliski un pusvadītāji?

Tā kā dažādi grafēna velmēšanas virzieni rada dažādas hirālās struktūras, un hirālās struktūras nosaka atļautos elektroniskās enerģijas līmeņus un joslu struktūras.

2. Kā noteikt SWCNT tipu pēc (n,m)?

Aprēķiniet (n−m) mod 3 klasiskajam pirmās -kārtības spriedumam.

Atlikums no 0 → Metālisks;
Atlikums no 1 vai 2 → Pusvadītāji.

3. Kāda veida ir (6,5) vienas -sienu oglekļa nanocaurules?

(6−5)=1, tāpēc (6,5) pieder pusvadītāju SWCNT.

4. Kāds ir (9,9) tips?

(9–9)=0, tāpēc (9,9) ir tipisks krēsla metālisks SWCNT.

5. Vai Ramans var precīzi izmērīt metālu saturu?

Ramanu var izmantot metāla/pusvadītāju tipa un hiralitātes raksturošanai, taču precīzu metālisko attiecību nevar tieši iegūt, vienkārši izmantojot vienu GSM pīķa laukumu vai pīķa numuru. Rezultātus ietekmē rezonanses apstākļi, lāzera viļņa garums un Ramana izkliedes{1}}dažādu hiralitātes šķērsgriezumi.

6. Vai metāla SWCNT noteikti ir vadošāka nekā pusvadītāju SWCNT?

Saskaņā ar elektroniskās struktūras definīciju metāliskajam tipam ir gandrīz nulles joslas spraugas raksturlielumi, taču faktisko materiālu vadītspēju ietekmē arī defekti, kontakti, lādiņa dopings, starp{1}}cauruļu kontakti un tīkla struktūra.

7. Kāda ir metālisko un pusvadītāju tipu teorētiskā attiecība vienas -sienu oglekļa nanocaurulēs?

Saskaņā ar ideāla nejauša hiralitātes sadalījuma statistisko modeli tas ir aptuveni 1/3 metālisks un 2/3 pusvadītājs, bet faktiski audzēti paraugi var ievērojami atšķirties no šīs attiecības.

Viena{0}}sienu oglekļa nanocaurules veida vērtēšana: vispirms apskatiet (n,m), pēc tam apskatiet raksturojuma datus

Lai atšķirtu metāliskas un pusvadītājas vienas sienas oglekļa nanocaurules, galvenais ir nevis izskats, bet gan hirālā struktūra un elektroniskā raksturojuma rezultāti.

Visvienkāršāko sprieduma loģiku var apkopot šādi: (n,m) hirālais indekss → (n-m) mod 3 → metālisks/pusvadošs → Ramana, UV-vis-NIR un cita eksperimentāla pārbaude.

Ja veic tikai pamata strukturālo vērtējumu, (n,m) noteikums jau ir ļoti praktisks. Ieejot faktiskajā produktu iepirkumā, varat ne tikai aplūkot teorētiskās formulas, bet arī vairāk koncentrēties uz:

Vienas{0}}sienu oglekļa nanocaurules tīrība

Metāla/pusvadītāju attiecība

Caurules diametra sadalījums

Garuma sadalījums

Hiralitātes sadalījums

Ramana dati

UV-vis-NIR dati

PL dati

Metāla piemaisījumi

Partijas konsistence

Īpaši elektroniskās{0}}pakāpes SWCNT gadījumā “neatkarīgi no tā, vai tas ir ar vienu sienu” ir tikai pirmais solis. "Kura hiralitāte, kāds elektroniskais tips un kāda tīrība" patiesi nosaka tā pielietojuma vērtību.

Kā vienas -sienu oglekļa nanocaurules ražotājs Shandong Tanfeng var nodrošināt atlases atbalstu no pamata viensienas-oglekļa nanocaurulēm līdz īpašiem elektroniskiem izstrādājumiem saistībā ar metāla, pusvadītāju un dažādu strukturālo parametru SWCNT izstrādājumu vajadzībām, kā arī apvienot Ramana, spektroskopijas un citus raksturojuma datus, lai palīdzētu klientiem spriest, vai produkts ir piemērots mērķa lietojumam.

Klientiem no ārzemēm, kas meklē vienas{0}}sienu oglekļa nanocaurules, pusvadītāju SWCNT, metālisku SWCNT un augstas-tīrības SWCNT, nevis vienkārši salīdzināt cenas, labāk vispirms pārbaudīt, vai elektroniskā tipa, hiralitātes sadalījuma un raksturojuma dati patiešām atbilst lietojumprogrammas prasībām.