第一作者：汪炳伟
通讯作者：成会明、孙东明、刘畅
第一单位：中国科学院金属研究所
研究亮点：
1. 率先实现了大面积、高均匀性单壁碳纳米管薄膜的连续制备与转移。
2. 优异的光电器件性能为基于碳纳米管薄膜的柔性电子器件奠定了材料基础。
单壁碳纳米管具有优异的力学、电学和光学性质，在柔性和透明电子器件领域可作为透明电极材料或半导体沟道材料，因此被认为是最具竞争力的候选材料之一。发展出一种高效、宏量制备高质量的碳纳米管薄膜的方法已成为该材料走向实际应用中的关键问题。
首先，通常制备的碳纳米管薄膜的尺寸通常处于厘米量级，批次的制备方式不能满足规模化应用要求。其次，由于在碳纳米管薄膜制备工艺过程中通常会引入杂质和结构缺陷，获得的薄膜光电性能有待提高。
有鉴于此，中科院金属所先进炭材料研究部实现了米级碳纳米管薄膜的连续制备，并基此构建出高性能的全碳薄膜晶体管和集成电路器件。
图1. 米级单壁碳纳米管薄膜
采用浮动催化剂化学气相沉积方法在反应炉的高温（1100℃）区域连续生长单壁碳纳米管，然后通过气体过滤和转移系统在室温下收集所制备的碳纳米管。当微孔滤膜沿着过滤腔室的四周移动时，可以在其上连续沉积大面积碳纳米管薄膜，并且制备的碳纳米管薄膜可通过卷到卷转移方式转移至柔性PET基底上（图2a），获得了长度超过2 m的成卷碳纳米管薄膜（图2b）。薄膜具有优异的光电性能，在550纳米波长下其透光率为90％，方块电阻为65Ω/□（图2c）。利用所制备的碳纳米管薄膜构筑了高性能全碳柔性薄膜晶体管（TFT）以及101阶环形振荡器等柔性全碳集成电路（ICs）（图2d-f）。
图2. 主要实验结果
总之，该成果为基于碳纳米管薄膜的大面积、柔性和透明电子器件的未来发展铺平了道路，展示了碳纳米管薄膜在大面积、柔性和透明电子器件中的广阔应用前景。
参考文献：
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
作者简介：
成会明，男，1963年生，博士，炭材料科学家。中国科学院院士、发展中国家科学院院士。1984年毕业于湖南大学，1987、1992年在中科院金属研究所获硕士和博士学位。现任清华-伯克利深圳学院低维材料与器件实验室主任、中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部主任。主要从事碳纳米管、石墨烯、高性能能量转换和储存材料等研究。获得发明专利近百项，在国内外会议上做特邀报告130多次，发表论文600余篇，被引用62000多次，是化学和材料两个领域高引用学者。获国家自然科学二等奖（2017, 2006）、国防科技进步二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、美国Charles E. Pettinos奖、德国Felcht奖、ACS Nano讲座奖等奖励。曾任《Carbon》副主编、《新型炭材料》主编，现任《Energy Storage Materials》主编、《Science China Materials》副主编。
孙东明，男，1978年生，博士，中国科学院金属研究所研究员，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者，国家高层次人才计划入选者。2006年于吉林大学获博士学位，2006年9月-2012年5月在日本东京工业大学和名古屋大学从事微纳电子学器件研究，已在碳纳米管、石墨烯薄膜晶体管及柔性集成电路方面取得了系列创新成果。迄今在Nature Nanotechnology、Nature Communications、Small、Advanced Materials等期刊发表论文60多篇，单篇SCI引用400多次；在国内外学术会议作邀请报告10余次；申请国家发明专利/PCT专利10余项。
刘畅，男，1973年1月出生，中国科学院金属研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。发明了宏量制备单壁碳纳米管及其定向长绳的氢电弧方法，提出了氧辅助浮动催化剂CVD法和碳热还原法选择性生长半导体性单壁碳纳米管，已发表SCI收录论文140余篇，被引用9100余次，获得发明专利授权30余项。作为负责人承担了国家自然科学基金项目、科技部“863”计划项目、中国科学院项目等多项。获得国家自然科学二等奖、辽宁省自然科学一等奖、全国百篇优秀博士论文奖、中科院院长特别奖等奖项。
