第一作者：汪炳偉
通訊作者：成會明、孫東明、劉暢
第一單位：中國科學院金屬研究所
研究亮點：
1. 率先實現了大面積、高均勻性單壁碳納米管薄膜的連續制備與轉移。
2. 優異的光電器件性能為基于碳納米管薄膜的柔性電子器件奠定了材料基礎。
單壁碳納米管具有優異的力學、電學和光學性質，在柔性和透明電子器件領域可作為透明電極材料或半導體溝道材料，因此被認為是最具競爭力的候選材料之一。發展出一種高效、宏量制備高質量的碳納米管薄膜的方法已成為該材料走向實際應用中的關鍵問題。
首先，通常制備的碳納米管薄膜的尺寸通常處于厘米量級，批次的制備方式不能滿足規模化應用要求。其次，由于在碳納米管薄膜制備工藝過程中通常會引入雜質和結構缺陷，獲得的薄膜光電性能有待提高。
有鑒于此，中科院金屬所先進炭材料研究部實現了米級碳納米管薄膜的連續制備，并基此構建出高性能的全碳薄膜晶體管和集成電路器件。
圖1. 米級單壁碳納米管薄膜
采用浮動催化劑化學氣相沉積方法在反應爐的高溫（1100℃）區域連續生長單壁碳納米管，然后通過氣體過濾和轉移系統在室溫下收集所制備的碳納米管。當微孔濾膜沿著過濾腔室的四周移動時，可以在其上連續沉積大面積碳納米管薄膜，并且制備的碳納米管薄膜可通過卷到卷轉移方式轉移至柔性PET基底上（圖2a），獲得了長度超過2 m的成卷碳納米管薄膜（圖2b）。薄膜具有優異的光電性能，在550納米波長下其透光率為90％，方塊電阻為65Ω/□（圖2c）。利用所制備的碳納米管薄膜構筑了高性能全碳柔性薄膜晶體管（TFT）以及101階環形振蕩器等柔性全碳集成電路（ICs）（圖2d-f）。
圖2. 主要實驗結果
總之，該成果為基于碳納米管薄膜的大面積、柔性和透明電子器件的未來發展鋪平了道路，展示了碳納米管薄膜在大面積、柔性和透明電子器件中的廣闊應用前景。
參考文獻：
B.‐W. Wang, S. Jiang, Q.‐B. Zhu, Y. Sun, J. Luan, P.‐X. Hou, S. Qiu, Q.‐W. Li, C. Liu, D.‐M. Sun, H.‐M. Cheng, Continuous Fabrication of Meter‐Scale Single‐Wall Carbon Nanotube Films and their Use in Flexible and Transparent Integrated Circuits，Adv. Mater. 2018, 1802057.
DOI：10.1002/adma.201802057
https://doi.org/10.1002/adma.201802057
作者簡介：
成會明，男，1963年生，博士，炭材料科學家。中國科學院院士、發展中國家科學院院士。1984年畢業于湖南大學，1987、1992年在中科院金屬研究所獲碩士和博士學位。現任清華-伯克利深圳學院低維材料與器件實驗室主任、中科院金屬所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部主任。主要從事碳納米管、石墨烯、高性能能量轉換和儲存材料等研究。獲得發明專利近百項，在國內外會議上做特邀報告130多次，發表論文600余篇，被引用62000多次，是化學和材料兩個領域高引用學者。獲國家自然科學二等獎（2017, 2006）、國防科技進步二等獎、何梁何利科學與技術進步獎、美國Charles E. Pettinos獎、德國Felcht獎、ACS Nano講座獎等獎勵。曾任《Carbon》副主編、《新型炭材料》主編，現任《Energy Storage Materials》主編、《Science China Materials》副主編。
孫東明，男，1978年生，博士，中國科學院金屬研究所研究員，博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者，國家高層次人才計劃入選者。2006年于吉林大學獲博士學位，2006年9月-2012年5月在日本東京工業大學和名古屋大學從事微納電子學器件研究，已在碳納米管、石墨烯薄膜晶體管及柔性集成電路方面取得了系列創新成果。迄今在Nature Nanotechnology、Nature Communications、Small、Advanced Materials等期刊發表論文60多篇，單篇SCI引用400多次；在國內外學術會議作邀請報告10余次；申請國家發明專利/PCT專利10余項。
劉暢，男，1973年1月出生，中國科學院金屬研究所研究員，博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者。發明了宏量制備單壁碳納米管及其定向長繩的氫電弧方法，提出了氧輔助浮動催化劑CVD法和碳熱還原法選擇性生長半導體性單壁碳納米管，已發表SCI收錄論文140余篇，被引用9100余次，獲得發明專利授權30余項。作為負責人承擔了國家自然科學基金項目、科技部“863”計劃項目、中國科學院項目等多項。獲得國家自然科學二等獎、遼寧省自然科學一等獎、全國百篇優秀博士論文獎、中科院院長特別獎等獎項。
