Hvernig á að greina á milli málm- og hálfleiðandi stakra -kolefnis nanórör með vegg?

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) hafa ekki öll sömu leiðandi eiginleika. Kolefni nanórör sem myndast með því að rúlla einu lagi af grafeni geta sýnt annað hvort málm eða hálfleiðandi hegðun. Lykillinn að þessum mismun er ekki bara þvermál eða lengd rörs, heldur kiral uppbygging (chirality) og chiral index (n,m) sem samsvarar veltunaraðferð kolefnis nanórörsins.

Fyrir fyrirtæki sem vinna að nanórafrænum tækjum, gagnsæjum leiðandi filmum, skynjurum, sviði-áhrifa smára og há-leiðandi samsettum efnum, er mjög mikilvægt að skýra muninn á málmi og hálfleiðandi einveggja kolefnisnanorörum.

Einfaldlega sagt, þú getur fyrst muna dómsreglu: Þegar (n−m) mod 3=0, tilheyrir staka-veggða kolefnis nanórörinu málmgerðinni samkvæmt hugsjóna fyrstu -líkaninu; þegar (n−m) mod 3=1 eða 2, tilheyrir það hálfleiðara gerðinni.

Þetta klassíska rafræna uppbyggingu samband hefur verið sannreynt með miklu magni af kolefni nanórör rannsóknum. Rafeiginleikar kolefnis nanóröra eru ákvörðuð af chirality þeirra í ummálsstefnu. Fræðilega séð er um það bil 1/3 úr málmi og 2/3 eru hálfleiðandi.

I. Hver er stærsti munurinn á málmi og hálfleiðandi stakum-vegguðum kolefnisnanorörum?

Stærsti munurinn á þessu tvennu er mismunandi rafeindabandsbyggingin og þessi munur er upprunninn í kíral uppbyggingu eins-kolefnis nanórörsins.

Hægt er að líta á einn -veggað kolefnis nanórör sem sívala byggingu sem myndast með því að rúlla grafenlagi eftir tiltekinni átt. Mismunandi snúningsstefnur grafens gefa mismunandi (n,m) kíral vísitölur.

Með öðrum orðum: Grafenrúllustefna → Mismunandi kíral stuðull → Mismunandi hljómsveitarbygging → Málm eða hálfleiðandi.

Snemma tilraunarannsóknir á einveggja kolefnisnanorörum hafa þegar sannað að rafeiginleikar þeirra tengjast stefnu og þvermál grafítbyggingar rörveggsins.

Þess vegna er ekki hægt að ákvarða beint hvort SWCNT sé málmur eða hálfleiðandi með sjónrænni skoðun, venjulegum SEM myndum eða einfaldlega "stærð rörþvermáls."

II. Hver er skurðvísitala (n,m) stakra-veggja kolefnis nanóröra?

Chiral stuðullinn (n,m) er kjarna burðarvirki til að ákvarða rafræna gerð einveggja kolefnis nanóröra.

Á tvívíða grafengrindum er hægt að nota tvær heiltölur n og m til að lýsa snúningsstefnu kolefnisnanorörsins.

Til dæmis:

(6,5)

(7,5)

(9,9)

(10,0)

(12,6)

Þetta virðast bara vera tvær heilar tölur, en þær samsvara í raun mismunandi:

Þvermál rör

Chiral horn

Atómskipulagsaðferðir

Rafræn hljómsveitaruppbygging

Optískar umbreytingar

Rafmagnsflutningareiginleikar

Rannsóknir sýna að eins -vegguð kolefnis nanórör geta haft hundruð mismunandi uppbyggingar, hver skilgreind með (n,m) chiral vísitölu og samsvarar mismunandi sjónbreytingum.

Grunntengsl milli Chiral Index og rafrænnar tegundar

Ofangreind flokkun er klassíska dómsaðferðin í hinni fullkomnu rafeindabyggingu einveggja kolefnis nanóröra.

III. Hvernig á að ákvarða málm- eða hálfleiðaragerð með formúlum?

Beinasta aðferðin er að reikna út afganginn þegar (n−m) er deilt með 3.

Til dæmis:

Dæmi 1: (9,9)

9−9=0

0 mod 3=0

Því:

(9,9) → Metallic

Þetta er líka dæmigerður hægindastóll-gerð eins-kolefnis nanórör.

Dæmi 2: (10,0)

10−0=10

10 mod 3=1

Því:

(10,0) → Hálfleiðari

Dæmi 3: (10,7)

10−7=3

3 mod 3=0

Því:

(10,7) → Tilheyrir málmgerðinni undir hið fullkomna fyrsta-líkan.

Dæmi 4: (8,6)

8−6=2

2 mod 3=2

Því:

(8,6) → Hálfleiðari.

Hægt er að skipuleggja þessa dómsaðferð í mjög einfalda töflu:

Þess vegna, ef birgir getur veitt skýr (n,m) dreifingarupplýsingar um breytileika, er hægt að dæma málm- og hálfleiðaragerðir út frá byggingarstigi.

IV. Eru allir stakir-Wwalled Carbon Nanotubes með (n−m) mod 3=0 sannarlega málmhúðuð?

Strangt til tekið er ekki hægt að skilja alla SWCNT með (n−m) mod 3=0 sem fullkomna málma með algjörlega núll bandbil.

Þetta er mjög mikilvægur punktur í raunverulegum innkaupum og tæknilegum samskiptum.

Undir klassískri þéttri-bindingsnálgun samsvarar (n−m) mod 3=0 málmleika; Hins vegar, fyrir rör sem ekki-Hægindastóll-gerð, geta áhrif eins og sveigju og π svigrúmblöndun opnað mjög lítið bandbil. Þess vegna eru sumar svo-kallaðar „málmískir“ kiralrör flokkaðar sem hálf-málmar eða afar litlar bandgap hálfleiðarar.

Nýlegar ACS rannsóknir benda einnig sérstaklega á að SWCNTs með (n−m) mod 3=0 eru almennt flokkaðar sem málmi, en sum kiral rör önnur en n=m geta fræðilega verið með mjög litla bandbil.

Þess vegna, í faglegum tækniskjölum:

Metallic SWCNT ≠ Með nákvæmlega núll bandbil í öllum tilfellum.

Sérstaklega í rafeindatækjaforritum er ekki hægt að dæma endanlega hegðun tækisins eingöngu út frá einfaldri mod 3 reglu.

V. Hver er frammistöðumunurinn á málm- og hálfleiðandi einhleyptum-kolefnisnanorörum?

Metallic SWCNTs henta betur til að nýta háleiðni eiginleika þeirra, en hálfleiðandi SWCNTs henta betur fyrir rafeinda- og sjónræn tæki sem krefjast stillanlegs flutnings á burðarefni.

SWCNT rafeiginleikar eru nátengdir chirality og hálfleiðandi kolefnis nanórör hafa þegar verið notuð í sviðs-áhrifa smára, rökfræðibúnaði, sveigjanlegum rafeindatækni og öðrum áttum.

VI. Getur Raman litrófsspeglun greint á milli málm- og hálfleiðandi stakra -veggað kolefnis nanórör?

Einkennandi toppa í Raman litrófsgreiningu er hægt að nota til að dæma, en Raman getur ekki einfaldlega lagt "topflatarhlutfall" að jöfnu við hið sanna hlutfall málm- og hálfleiðandi gerða í sýni.

Þetta er eitt athyglisverðasta tilraunamálið þegar metið er málm- og hálfleiðandi einveggja kolefnis nanórör.

RBM (Radial Breathing Mode) í Raman litrófsgreiningu er mjög næm fyrir þvermál kolefnis nanóröra og breytileika, þannig að toppstaða RBM og ómun geta aðstoðað við að bera kennsl á sérstakar (n,m) mannvirki.

Rannsóknir hafa sannað að hægt er að nota Raman til að bera kennsl á SWCNT úr málmi og hægt er að fá mjög mikla orkuupplausn með rafrænum Raman-dreifingareiginleikum.

Hins vegar:

Það er ekki hægt að ganga út frá því einfaldlega að "málmi RBM hámarksstyrkur ÷ öll RBM hámarksstyrkleiki=málminnihald."

Ástæðan er sú að Raman merki verða fyrir áhrifum af:

Laser bylgjulengd

Ómun skilyrði

Þvermál kolefnisrörs

Chirality

Raman-dreifandi þversnið-

Dæmi um umhverfi

og öðrum þáttum.

Rannsóknir benda greinilega á að notkun á takmörkuðum fjölda leysilína til að meta málmhlutfallið beint í gegnum RBM hámarksfjölda eða samþættan styrk getur valdið frávikum.

VII. Hvernig á að nota RBM Peaks til að aðstoða við að dæma staka-veggaða kolefnisnanotube gerð?

RBM er eitt af mjög mikilvægu byggingarfingraförunum í Raman-lýsingu á einveggja kolefnisnanorörum, en sameina þarf greiningu með leysiorku og kiral auðkenningu.

RBM toppar eru venjulega staðsettir á neðri bylgjunúmerasvæðinu og toppstaða þeirra hefur augljós tengsl við þvermál kolefnis nanóröra.

Algengt áætluð samband má skrifa sem:

ωRBM ≈ A/d + B

Hvar:

ωRBM: RBM toppstaða

d: SWCNT þvermál

A, B: Færibreytur sem tengjast tilteknu líkani og umhverfi

Þess vegna er Raman ekki einfaldlega "að sjá tind segir þér hvort hann er málmur eða hálfleiðandi."

Áreiðanlegri nálgun er:

RBM toppur → Áætla þvermál rör → Sameina við ómun skilyrði → Framkvæma (n,m) auðkenningu → Dæma rafeindagerð byggt á (n−m) mod 3.

Þetta er líka ástæðan fyrir því að faglegir SWCNT birgjar þurfa að búa yfir tiltölulega fullkomnum burðareinkennisgetu.

VIII. Getur UV-með-NIR litrófsgreiningu greint á milli málm- og hálfleiðaragerða?

Já, og UV-gegn-NIR litrófsgreiningu er ein mikilvægasta aðferðin til að greina samsetningu málm-/hálfleiðandi SWCNT.

Hálfleiðandi einvegg-kolefnis nanórör hafa augljós rafræn umskipti, eins og algeng S11, S22 einkenni; SWCNT úr málmi hafa mismunandi sjónbreytingareiginleika.

Núverandi ACS rannsóknir hafa notað UV-vis-NIR frásogsrófsgreiningu til að greina hlutfall málm- og hálfleiðandi SWCNTs, og greint frá megindlegum niðurstöðum fyrir málmaauðgað-og hálfleiðandi-auðgað sýni. Til dæmis getur málminnihald sumra aðskilinna sýna náð 99,5% og hálfleiðandi innihald getur náð 98,9%.

Hins vegar eru þessar tölur tilraunaniðurstöður tiltekinna rannsóknarsýna, ekki alhliða vísbendingar sem allar SWCNT vörur geta náð.

Þess vegna, við innkaup, ef birgir fullyrðir:

"Metallic SWCNT purity >99%"

Best er að spyrja frekar:

Hver er prófunaraðferðin?

Er það að prófa málminnihald eða hreinleika tiltekins chirality?

Er það ein (n,m) eða málmblanda?

Hvaða leysir/rófsvið er notað?

Eru til óháð persónugreiningargögn?

IX. Getur rafeindadreifing beint ákvarðað málm-/hálfleiðandi gerð stakra-veggaðra kolefnis nanóröra?

Rafeindadiffrun getur veitt byggingargrundvöll fyrir mat á málmi/hálfleiðara gerð með því að greina kristalbyggingu og (n,m) kíral stuðul einstakra SWCNTs.

Þetta er ein af mikilvægustu aðferðunum til að rannsaka uppbyggingu einstakra kolefnisnanoröra.

ACS rannsóknir hafa notað rafeindadreifingu til að greina chirality dreifingu SWCNTs og ákvarða málmhlutfall í sýnum byggt á einstökum kolefnis nanórörum. Til dæmis, í einu rannsóknarúrtaki, skilaði greining á 166 SWCNT málmhlutfalli um 24%; annar hópur sýna var um 33%.

Þetta sýnir einnig mikilvægan punkt:

Fræðilega „um það bil 1/3 úr málmi, um það bil 2/3 hálfleiðandi“ er tölfræðileg grunnlína í uppbyggingu og þýðir ekki að raunverulegt ræktað sýni haldi nákvæmlega 33,3%/66,7%.

Raunverulegt hlutfall hefur áhrif á:

Hvati

Vaxtarhiti

Kolefnisgjafi

Hreyfifræði vaxtar

Dreifing rörþvermáls

Chirality valhæfni

og öðrum þáttum.

X. Hvers vegna getur verð á stökum-kolefnisnanorörum verið svo mismunandi?

Verðmunur á SWCNT er oft tengdur hreinleika, stigi chirality control, málm/hálfleiðara hlutfalli, rörþvermálsdreifingu og eftir-meðhöndlunarstigi, ekki bara "kolefnis nanórör innihald."

Venjuleg blönduð SWCNT og há-hreinleika hálfleiðara SWCNT eru ekki sama innkaupafræðin.

Það hefur alltaf verið mikilvægt markmið á þessu sviði að ná samræmdum SWCNT með vel-skilgreindum þvermáli, lengd, chirality og rafrænum eiginleikum. Rannsóknarleiðir fela í sér sértækan vöxt og aðskilnað eftir-myndun.

XI. Hvernig á að velja á milli málm- og hálfleiðandi stakra-kolefnisnanoröra með vegg?

Ef kjarnaþörfin þín er leiðni, þarftu venjulega að einbeita þér að málmhlutfallinu; ef markmiðið er smára eða hálfleiðara tæki, þá þarftu að einbeita þér að hálfleiðara hreinleika og sértækri kírleika.

Hægt er að kveða upp bráðabirgðadóm samkvæmt umsókn:

Það skal áréttað að "málm er betra" eða "hálfleiðni er betra" eru ekki nákvæmar leiðir til að meta efni.

Hið sanna val ætti að ráðast af endabúnaði og efniskerfi.

XII. Hvers vegna þurfa framleiðendur einveggja kolefnisnanotúbu að hafa stjórn á chirality?

Vegna þess að fyrir háþróaða SWCNT-forrit er það að stjórna chirality í raun að stjórna rafrænum og sjónrænum eiginleikum lokaefnisins.

Helstu núverandi tæknilegu leiðirnar eru:

Sértækur vöxtur

Chirality stjórn

Aðskilnaður eftir-myndun

Málm/hálfleiðandi aðskilnaður

Einfaldur-aðskilnaður

Fyrir venjuleg samsett efni gæti verið að mjög hár hreinleiki sé ekki nauðsynlegur.

En fyrir:

CNT-FET

Sveigjanlegir smári

Nanolaser rökfræðitæki

Ljósskynjarar

Nálægt-innrauðum ljósabúnaði

Einstakir-sameindaskynjarar

Mikilvægi chirality control mun aukast verulega.

XIII. Sem einn-veggaður kolefnis nanórör framleiðandi, hvernig passar Shandong Tanfeng mismunandi forritum?

Vöruþróun Shandong Tanfeng með einum-vegguðum nanórörum getur komið á samsvarandi tengslum í kringum "byggingarfæribreytur-rafræna gerð-endaforrits," frekar en að bjóða bara upp á samræmda SWCNT vöru.

Fyrir viðskiptavini sem þurfa að kaupa staka-veggað kolefnis nanórör geta samskipti beinst að eftirfarandi breytum:

1. Einföld-Walled Carbon Nanotube Basic Uppbygging

Inniheldur:

Þvermál rör

Lengd

Stærðarhlutfall

Sérstakt yfirborð

Kolefnishreinleiki

Óhreinindi úr málmi

Formlaust kolefnisinnihald

2. Rafræn gerð

Í samræmi við umsóknarþörf viðskiptavina er hægt að gefa frekari gaum að:

Metallic SWCNT

Hálfleiðari SWCNT

Metallic-auðgað SWCNT

Hálfleiðari-auðgað SWCNT

3. Chirality Upplýsingar

Fyrir háþróuð-forrit má gefa frekari gaum að:

(n,m) dreifing

Chiral horn

Dreifing rörþvermáls

Sérstök auðgunargráða í chirality

4. Spectral Characterization

Í samræmi við vöru- og notkunarþarfir er hægt að huga að:

Raman

RBM

G/D hlutfall

UV-gegn-NIR

PL

Önnur burðar-/samsetningalýsing

Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir rannsóknar- og þróunar- og framleiðslufyrirtæki sem þurfa að kaupa einveggja-kolefnisnanorör með há-hreinleika, hálfleiðandi einveggja-kolefnisnanórör og málm einveggja-kolefnisnanorör.

XIV. Hvaða forrit henta Shandong Tanfeng's Single-Walled Carbon Nanotube vörur betur?

Shandong Tanfeng getur útvegað vörusamsvörun fyrir rafeindaefni, leiðandi efni og há-afkastamikil samsett efni í samræmi við mismunandi SWCNT rafeindagerðir og byggingarkröfur.

Rafeindatæki

Fyrir viðskiptavini sem þurfa hálfleiðara SWCNT, er hægt að samræma forskriftir í tengslum við hálfleiðarahlutfall, chirality dreifingu og ljósfræðilega eiginleika.

Leiðandi kvikmyndir

Fyrir forrit eins og gagnsæ leiðandi filmur getur áherslan verið lögð á málmhlutfall, netmyndunargetu og filmuþol.

Skynjarar

SWCNT eru tiltölulega viðkvæm fyrir yfirborðsásog og staðbundnum hleðslubreytingum og hægt að nota fyrir mismunandi gerðir af skynjaraefnisþróun.

Leiðandi samsett efni

Ef markmið forritsins er að koma á leiðandi neti með lítilli-viðbót, þarf ítarlega íhugun á lengd SWCNT, þvermál, hreinleika, dreifingarstöðu og rafræna gerð.

Sem einn -veggaður kolefnis nanórör framleiðandi getur Shandong Tanfeng passað við forskriftir úr tvívíddar-vöruuppbyggingu og einkennandi vísbendingum-samkvæmt sérstökum umsóknarþörfum viðskiptavina, frekar en að selja einfaldlega undir orðunum þremur "SWCNT."

XV. Algengar spurningar: Málm- og hálfleiðandi ein-kolefnisnanorör með veggjum

1. Hvers vegna eru einveggja-kolefnis nanórör úr málmi og hálfleiðurum?

Vegna þess að mismunandi rúllunarstefnur grafen framleiða mismunandi kíral uppbyggingu og kíral mannvirki ákvarða leyfilegt raforkustig og bandbyggingar.

2. Hvernig á að dæma SWCNT gerð í gegnum (n,m)?

Reiknaðu (n−m) mod 3 fyrir klassískan fyrsta-dóm.

Afgangur af 0 → Metallic;
Afgangur af 1 eða 2 → Hálfleiðari.

3. Hvaða tegund er (6,5) einveggja-kolefnis nanórör?

(6−5)=1, því tilheyrir (6,5) hálfleiðara SWCNT.

4. Hvaða tegund er (9,9)?

(9−9)=0, því (9,9) er dæmigerður hægindastóll málm SWCNT.

5. Getur Raman mælt málminnihald nákvæmlega?

Raman er hægt að nota til að lýsa málm-/hálfleiðaragerð og chirality, en ekki er hægt að fá nákvæmt málmhlutfall beint í gegnum eitt RBM toppsvæði eða toppnúmer. Ómunaðstæður, leysibylgjulengd og þversnið á Raman-dreifingu- af mismunandi chiralities hafa allir áhrif á niðurstöðurnar.

6. Eru SWCNT úr málmi endilega leiðandi en hálfleiðandi SWCNT?

Út frá skilgreiningu rafrænna uppbyggingar hefur málmgerð nærri-núll bandbilseiginleika, en leiðni raunverulegra efna hefur einnig áhrif á galla, snertingar, hleðslueyðingu, milli-slöngusnerti og netkerfi.

7. Hvert er fræðilegt hlutfall málm- og hálfleiðandi gerða í einveggja kolefnisnanorörum?

Samkvæmt tölfræðilegu líkani fyrir tilviljunarkennda dreifingu er það um 1/3 málm- og 2/3 hálfleiðandi, en raunveruleg ræktuð sýni geta vikið verulega frá þessu hlutfalli.

Að dæma stakt-Walled Carbon Nanotube Type: Fyrst litið á (n,m), skoðið síðan einkennisgögn

Til að greina á milli málm- og hálfleiðandi einveggja -kolefnis nanórör, er aðalatriðið ekki útlitið, heldur niðurstaðan kíral uppbygging og rafræn lýsing.

Grundvallarrökfræði dómsins má draga saman sem: (n,m) chiral index → ​​(n−m) mod 3 → Metallic/hálfleiður → Raman, UV-vis-NIR, og önnur tilraunastaðfesting.

Ef aðeins er gert grunnbyggingardóm, er (n,m) reglan nú þegar mjög hagnýt. Ef þú ferð inn í raunveruleg vörukaup, þá geturðu ekki bara skoðað fræðilegar formúlur, heldur þarftu líka að einbeita þér frekar að:

Hreinleiki með einum-veggjum nanórör úr kolefni

Málm/hálfleiðara hlutfall

Dreifing rörþvermáls

Lengdardreifing

Chirality dreifing

Raman gögn

UV-miðað við-NIR gögn

PL gögn

Óhreinindi úr málmi

Samkvæmni lotunnar

Sérstaklega fyrir rafræna-einkunn SWCNT, "hvort sem það er einn-veggað" er aðeins fyrsta skrefið. "Hvaða chirality, hvaða rafræn gerð og hvaða hreinleiki" ákvarðar raunverulega notkunargildi þess.

Sem einn -veggaður kolefnis nanórör framleiðandi getur Shandong Tanfeng veitt valstuðning frá einföldum einvegguðum kolefnis nanórörum til sérstakra rafrænna tegunda í kringum málm-, hálfleiðandi og mismunandi byggingarbreytur SWCNT vöruþarfir, og sameinað Raman, litrófsgreiningu og önnur lýsingugögn til að hjálpa viðskiptavinum að meta hvort varan henti fyrir forritið.

Fyrir erlenda viðskiptavini sem eru að leita að Single-Walled Carbon Nanotubes, Semiconducting SWCNT, Metallic SWCNT og High{1}}Purity SWCNT, frekar en að bera bara saman verð, er betra að staðfesta fyrst hvort rafræna gerð, chirality dreifing og lýsingargögn uppfylli raunverulega umsóknarkröfur.