高性能碳基電子器件與光電器件應(yīng)用均要求使用性質(zhì)均一的單手性半導(dǎo)體碳納米管，實現(xiàn)不同手性單壁納米管的高純度分離一直是該領(lǐng)域的重要問題。近年來，基于有機聚合物體系分離的半導(dǎo)體碳納米管材料在電子器件與集成電路方面取得了快速發(fā)展，但是有機體系中具有手性選擇特性的聚合物分散劑種類有限。此外，水相體系擁有雙水相、凝膠色譜和梯度密度離心等多種分離技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)各種類型單手性碳納米管的可控分離，但因分散劑的包裹導(dǎo)致其電學(xué)性能不佳。如果能實現(xiàn)碳納米管從水相到有機相的高效置換，則可以結(jié)合兩種體系的優(yōu)勢，不僅可以解決水相分離體系中電學(xué)性能不佳的問題，也可以獲得更多有機體系中的單手性碳納米管類型。然而，目前的體系轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換效率很低，水相分散劑會殘留在有機體系中造成污染。?

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員李清文團隊開發(fā)了一種普適且快速的多步串聯(lián)萃取技術(shù)，通過維持碳納米管在水相的微絮凝狀態(tài)，溫和地實現(xiàn)了碳納米管與表面分散劑的完全分離。碳納米管可以實現(xiàn)水相到有機相以及不同有機溶劑之間的高效轉(zhuǎn)移。該方法兼容目前水相體系中的各種表面活性劑體系，且轉(zhuǎn)移過程中碳納米管基本無損失。基于這一轉(zhuǎn)移技術(shù)，水相分離技術(shù)與有機分離技術(shù)可以實現(xiàn)迭代和接力。該團隊以雙水相分離技術(shù)為例，先在水相中分離出兩批窄手性碳納米管原料，經(jīng)過體系轉(zhuǎn)換到甲苯中，通過F8BT、PFO和PFO-BPy等聚合物的迭代分離，獲得了（9，5）、（8，6）、（10，5）、（8，7）和（11，3）五種直徑在1.0納米左右的單手性碳納米管。在此過程中，共軛聚合物普遍表現(xiàn)出了新的手性選擇特性，其中，（8，7）和（11，3）單手性碳管均為首次在聚合物體系中實現(xiàn)分離。實驗結(jié)果驗證了從水相體系到共軛聚合物體系迭代分離策略的潛力。這種新策略的開發(fā)打破了水相和有機相兩類分離體系之間的鴻溝，使二者實現(xiàn)互補，不僅為更多大直徑單手性碳管的可控分離提供了新途徑，也為提升單手性碳納米管的電學(xué)性能奠定了材料基礎(chǔ)。

近日，相關(guān)研究成果以Iterative Strategy for Sorting Single-Chirality Single-Walled Carbon Nanotubes from Aqueous to Organic Systems為題，發(fā)表在ACS Nano上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。

論文鏈接