制備無污染的單壁碳納米管（SWNT）水平陣列對于推動碳基納米電子學的發展和提升碳納米管性能至關重要。盡管化學氣相沉積（CVD）方法，特別是使用過渡金屬催化劑，是制備SWNT陣列的主要技術之一，但該過程中不可避免地會引入大量金屬雜質。此外，傳統催化劑加載方法，包括旋涂和沉積等，由于無法精確控制催化劑的形貌和分布，也限制了高密度SWNT陣列的生長。因此，開發新的催化劑制備技術，以實現對SWNT陣列生長過程中催化劑形態和分布的精確控制，是當前研究的關鍵挑戰。
近日，溫州大學化材學院胡悅特聘教授團隊與香港城市大學林德武研究員合作，發展了一種名為“熱泳-錨定”的策略，成功制備出均勻分散且尺寸可控的非金屬SiOx催化劑，用于生長水平排列的SWNT陣列。該策略通過硅基熱解前驅體產生大量SiOx顆粒，由于溫度迅速升高引起的熱浮力，這些顆粒在石英基底上發生自下而上沉積。同時，機械力誘導促進的表面重構在石英襯底上形成大量錨點，有助于捕獲催化劑，抑制其遷移和聚集，從而實現小尺寸催化劑的均勻沉積。利用這些非金屬SiOx催化劑，研究團隊成功合成了密度高達9根每微米的SWNT陣列。值得注意的是，拉曼光譜和電學表征顯示，這些直接生長的SWNT陣列中半導體的比例高達94%，這一成果歸功于密閉空間內原位蝕刻機制。這項工作為下一代碳基納米器件的技術實際應用提供了一條切實可行的路徑。
圖1. a) 該示意圖展示了SiOx納米顆粒在覆蓋的石英基底上的浮動裝載過程以及水平SWNT陣列的生長。b) SWNT陣列的低倍掃描電子顯微鏡圖像（插圖顯示了更高倍數下的相應陣列）。c) SWNT陣列在石英表面上的原子力顯微鏡圖像（插圖是標記位置的白線高度輪廓）。d) 在532 nm激光激發下，生長在石英基底上的SWNT的拉曼光譜（插圖是單個S）
這一成果近期發表在國際著名期刊《Nano Today》上，溫州大學為第一通訊單位，溫州大學化學與材料工程學院碩士生林思哲、葉濤為本文共同第一作者，胡悅、林德武為共同通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102562
