《有機物吹泡法自組裝一維納米材料的研究》是依託北京大學，由曹安源擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：有機物吹泡法自組裝一維納米材料的研究
- 項目負責人：曹安源
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究有機物吹泡法自組裝一維納米材料，並探索在納米電子器件及功能薄膜方面的套用。將納米材料與有機物均勻混合，採用吹泡的方法緩慢膨脹使得納米材料在泡泡膜中定向排列，最後得到含有大規模自組裝納米材料陣列的大面積均勻薄膜，可平穩轉移到矽片、玻璃及柔性基底上進一步製備功能器件。研究並建立一系列納米材料-有機物的自組裝新體系和新功能結構，包括碳納米管、半導體納米線等材料與環氧樹脂、光刻膠、導電有機物、環境友好有機物等相結合的自組裝系統，其中自組裝的一維納米材料具有良好的定向性以及可控的排列密度。分析納米材料在泡泡膜中的自組裝機制，揭示納米材料在泡泡膨脹過程中的遷移與排列、與有機物載體的相互作用，以及泡泡膨脹方向與速度等關鍵因素的作用。基於自組裝的納米材料陣列，製備電晶體、感測器、螢光等納米器件並進行集成。同時，探索該功能薄膜在發光、導電、感測等電子、能源和生物方面的潛在套用。
結題摘要
本項目的主要內容是研究一種新的納米材料自組裝方法（即有機物吹泡法），採用該方法定向排列各種一維納米材料，並基於這些自組裝體系製備納米電子器件，探索潛在的套用。過去三年中，項目在新型吹泡體系的建立、納米材料自組裝結構的調控、功能器件的製備和套用等方面進行了系統深入的研究，取得了一系列的原創性成果。主要成果簡述如下： （1）建立了基於可溶性功能有機物（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）的吹泡體系，組裝了半導體納米線（碲、硫化鉍）、碳納米管等一維納米材料，獲得了較大面積（1.5 x 2 cm2）、較高密度（單位面積納米線的數量為：1.71 x 10~5 /cm-2）、整齊排列的納米材料陣列。採用常規溶劑溶解PMMA基體，使泡泡膜內部的納米材料暴露出來，從而進一步製備電子器件。和之前的環氧樹脂吹泡法相比較，PMMA吹泡法同樣可以獲得定向性好的納米材料陣列，並且泡泡膜的的去除和器件製備更加便利。 （2）建立了層層組裝法，將多層泡泡膜在基底上順序疊加然後去除PMMA，能夠調控納米材料的排列方向和密度，獲得新型組裝結構。沿相同方向疊加時，納米材料的排列密度相應增加。沿垂直方向疊加時，則獲得交叉互連的納米線或碳納米管二維網路。 （3）結合吹泡法和銅基底退火法，製備了新型納米複合結構。將含有自組裝碳納米管網路的PMMA泡泡膜轉移到銅箔表面，在化學氣相沉積系統中進行高溫退火，該過程中PMMA作為碳源在銅基底的催化作用下生成石墨烯，從而形成了碳納米管-石墨烯複合（或雜化）結構，其中石墨烯層片鑲嵌在碳納米管網路的孔隙中，二者接觸良好。複合薄膜的機械性能和導電性比單純的碳納米管網路有明顯提高。 （4）發現吹泡法不但使得納米材料定向排列，還能在一定的條件下改變其形狀。由於丙酮的揮發造成泡泡膜的收縮，對內部的一維納米材料產生軸向壓縮應力，最終將原來直的納米線改變成具有規則螺距的納米彈簧。這一現象為自組裝納米彈簧等新型結構並研究其性能提供了一條可能途徑。 （5）以自組裝的納米材料為基礎，製備了納米電子器件和功能薄膜，包括基於碲納米線的光回響和氣體感測器件、基於碳納米管-石墨烯複合結構的透明導電薄膜等，展示了良好的器件性能。進一步將碳納米管-石墨烯複合薄膜與單晶矽片相結合，製備了能量轉換效率達9.24%的太陽電池。 在ACS Nano, Nano Research等期刊發表論文總計8篇。
