鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法
2023-06-17 05:12:36 2
專利名稱：鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法
技術領域：
本發明涉及如何利用吸收光譜和光致發光 光譜來表徵液體和薄膜材料的組份和結構，特別是指 一種鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法
背景技術：
單壁碳納米管是由由石墨烯片層圍成的一種管狀
結構。單壁碳納米管可以通過結構指數(n,m)來表徵。 單壁碳納米管的直徑從零點五納米 一 直變化到幾納
米二分之——■的單壁碳納米管員有金屬性，而另外二
分之—的單壁碳納米管員有半導體性由於單壁碳納
米管的直徑分布範圍非常廣使得半導體單壁碳納米
管的帶隙從可見光變化到遠紅外相對於苴 z 、它納米材
料，單壁碳納米管有很多獨特的性質但是，由於
單壁碳納米管間的範摔瓦爾斯相互作用非常強，單根
的單壁碳納米管很容易聚集成為尺寸大大小小的單壁碳納米管束。單壁碳納米管束的存在顯著地改變了單
壁碳納米管的光學性質及其其他物理性質。例如，研
究表明單壁碳納米管束的激子有更多的馳豫通道
單壁碳納米管束對中的單根單壁碳納米管具有屏蔽
作用，從而明顯地改變了單壁碳納米管束中單根單壁
碳納米管的激子束縛能單壁碳納米管束中半導體碳
納米管的光生激:子很容易隧穿到周圍的金屬碳納米
管，從而可能降低了單壁碳納米管束中半導體碳納米
管的發光效率。因此要準確地研究單根單壁碳納米
管的物理性質，就必須尋找種精確測試方法來鑑另lj
單壁碳納米管樣n是否只含有單根的單壁碳納米管
另一方面，單壁碳納米管束，特別是半導體碳納米管
束員有很多潛在的應用，比如，如果單壁碳納米管束
主要由半導體碳納米管構成，則單壁碳納米管束可以
用來提高窄帶隙半導體碳納米管的發光效率。因此，
反過來也需要鑑別單壁碳納米管樣口 叩是否含有微小半
導體碳納米管束
相對於單根單壁碳納米管單壁碳納米管束的拉
曼模頻率會發生移，而單壁碳納米管束中單壁碳納
米管的帶隙則發生紅移。但是，利用這種方法表徵單
壁碳納米管束的存在時，必須有個參照標準。單根
單壁碳納米管在不同的環境下表現出不同的性質，這就導致參照、標準很難確定更重要的是，當單壁碳納
米管束的直徑非常小時，拉曼頻率和帶隙的偏移並不
十分顯著因此，迫切希望存在這麼種方法，它不
需要任何參昭 八"標準，可以直接判斷出單壁碳納米管樣
p PR中是否含有微小半導體碳納米管束
發明內容
本發明的目的在於提供 一 種鑑別樣品是否含有微
小半導體碳納米管束的方法，利用這種方法，可以非
常直接地鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束，
而不需要有任何的參照標準。
本發明提供 一 種鑑別樣品是否含有微小半導體碳
納米管束的方法，其特徵在於，該方法包括
柳J試單壁碳納米管樣品的吸收光譜或者拉員光
譜；
根據吸收光譜或者拉曼光譜來確定單壁碳納米管
樣p 叩中半導體碳納米管的帶隙;
選擇與較寬帶隙半導體碳納米管電子能級所對應
激子能級相匹配的激發光來激發單壁碳納米管樣1=1 叩的
光致發光光譜
根據光致發光光譜中是否存在來白較窄帶隙半導
體碳納米管的螢光信號來判斷單壁碳納米管樣P是否含有微小半導體碳納米管束
中樣p 叩如果包含單壁
納米管束的平均直徑大約在
中樣口 叩的吸收光譜測
2500納米之間
中根據樣p吸收光譜
tin中半導體碳納米管的帶隙
中樣p R卩的拉曼光譜利
表徵
中根據樣P 叩的拉曼光
管的直徑分布，並確定樣品
中測試樣口 叩的光致發
要與較寬帶隙半導體碳納米
能級相匹配
中樣pm的光致發光光
到250 0鄉內米之間。
中光致發光光譜的具
與半導體碳納米管中較窄帶
範圍
中樣叩的光致發光光
體碳納米管的光致發光信號
碳納米管束，每根單壁碳
2納米至U 2 0納米之間。 量範圍位於4 0 0納米到
可以確定單壁碳納米管樣
用一條或者多條雷射線來
譜可以確定半導體碳納米 中半導體碳納米管的帶隙。
光光譜時，激發光的波長 管電子能級所對應的激子
譜測量範圍在8 0 0納米
體測量範圍是激發光波長 隙波長之間所覆蓋的波長
譜如果存在較窄帶隙半導 ，就說明樣品中含有微小半導體碳納米管束。
本發明的 一 種鑑別樣品是否含有納米級半導體碳
納米管束的方法，主要用於離散很好的，可能具有納
米級半導體碳納米管束的單壁碳納米管溶液，單壁碳
納米管複合物和單壁碳納米管薄膜的標準和鑑別
為進—步說明本發明的內容及特點，以下結合附
圖及實施伊J對本發明方法作一詳細的描述，g中
圖1是5145納米雷射所激發的單壁碳納米
管溶液的拉曼光譜
圖2是單壁碳納米管溶液的吸收光譜。
圖3是568和9 8 1納米激發光所激發的單壁
碳納米管溶液的光致發光光譜
具體實施例方式
本發明 一 種鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米 管束的方法，該方法包括
測試單壁碳納米管樣品的吸收光譜或者拉曼光
譜；
根據吸收光譜或者拉曼光譜來確定單壁碳納米管樣品中半導體碳納米管的帶隙；
選擇與較寬帶隙半導體碳納米管電子能級所對應
激子能級相匹配的激發光來激發單壁碳納米管樣P 叫的
光致發光光譜中樣口 叩如果包含單壁碳納米管束，
每根單壁碳納米管束的平均直徑大約在2納米到20
納米之間其中樣叩的吸收光譜測量範圍位於400
納米到2500納米之間苴 / 、中根據樣口 叩吸收光譜可
以確定單壁碳納米管樣叫中半導體碳納米管的帶隙
其中樣品的拉曼光譜利用 一 條或者多條雷射線來表
徵；其中根據樣品的拉曼光譜可以確定半導體碳納米 管的直徑分布，並確定樣 其中測試樣品的光致發光 較寬帶隙半導體碳納米管 相匹配；其中樣品的光致
納米到2 5 0 0納米之間
根據光致發光光譜中 體碳納米管的螢光信號來 含有微小半導體碳納米管 體測量範圍是激發光波長 隙波長之間所覆蓋的波長 光譜如果存在較窄帶隙半
號，就說明樣品中含有微小半導體碳納米管束。
中半導體碳納米管的帶隙；
光"J並 l曰時，激發光的波長要與
電子能級所對應的激子能級
發光光譜，範圍在800
是否存在來白較窄帶隙半導
判斷單壁碳納米管樣p pin是否
束中光致發光光譜的
與半導體碳納米管中較窄帶
範圍，苴 z 、中樣n OB的光致發光
導體碳納米管的光致發光信作為實例，我們討論了離散十二烷基苯磺酸鈉和 重水中的單壁碳納米管溶液的微小半導體碳納米管束 的鑑別問題。
單壁碳納米管溶液的具體製備方法如下將 一 定 量的半導體碳納米管含量較多的一種單壁碳納米管加
入到重水，重水中含有1 _ 2 Wt%的十二烷基苯磺酸鈉， 將其置入超聲系統超聲數小時，使得單壁碳納米管分
散到重水中；隨後馬上用0 . 7微米的纖維玻璃濾紙過
濾超聲後的納米管溶液，並立即用離心機離心數小時， 取出上半部分清澈的納米管溶液。
我們測量了此單壁碳納米管溶液在5 1 4.5納
米雷射激發下的拉曼光譜，如圖1所示。拉曼光譜給
出了數個拉曼峰，分別位於372，334，3 13，
307，292，272，263禾B 247波數。根
據激發光的能量和這些拉曼峰所對應單壁碳納米管的
直徑，可以分別指認這些拉曼峰來自(5,4)， ( 6 ，
4)，8，2)， (6 ，5)， (9 ，2)， (8 ，4)， (8，
5)和7 ，7)等單壁碳納米管。其中(6,5)和
C8，4')半導體碳納米管的帶隙分別位於9 8 0納米
和1120納米左右。
我們測量了此單壁碳納米管溶液的近紅外吸收光
譜，如圖2所示。在9 0 0 - 1 3 0 0納米範圍內觀察到很多吸收峰，這些吸收峰所分別對應如圖標示的半
導體碳納米管。例如，位於9 8 Q納米和1 1 2 0納 米左右的吸收峰分別對應於(6,5)禾B (8,4)半 導體碳納米管。
根據拉曼光譜和吸收光譜的數據，可以判斷出此 單壁碳納米管樣品中含有(8,3)， (6,5)， ( 7 ， 5)， (8 ，4)， (7 ，6)， (9 ，5)， (8 ，7)禾口 (1 0，5)等半導體碳納米管，其中(8,3)， (6 ，5) 和(7,5)的帶隙較大，而其他納米管的帶隙較小。 寬帶隙碳納米管(6 ， 5 )電子能級所對應激子能級的 波長為5 6 8納米禾tl 9 8 1納米。因此，我們分別選 擇5 6 8納米和9 8 1納米的激發光來激發單壁碳納 米管溶液的光致發光光譜，結果如圖3所示。如果單 壁碳納米管溶液只含有單根的半導體碳納米管，那麼 由於只有寬帶隙半導體碳納米管(6 ， 5 )被共振激發， 其他半導體碳納米管的發光強度應該非常小。但是， 我們在兩激發波長下都觀察到了較窄帶隙半導體碳納 米管(8 ， 4 )禾n (7,6)的螢光信號。這說明在單 壁碳納米管溶液中含有微小半導體碳納米管束，在寬 帶隙碳納米管中所產生的激子可以很快通過偶極 - 偶 極相互作用傳輸到窄帶隙碳納米管並在窄帶隙碳納米 管的帶邊複合，從而可以觀察到較窄帶隙半導體碳納米管的螢光信號。
以上實例說明，由於單壁碳納米管束內的半導體碳納米管間的偶極-偶極相互作用非常強，而偶極-偶
極相互作用的有效範圍為納米量級，因此， 通過拉曼
光")並 l曰和吸收光譜來鑑別單壁碳納米管樣品中存在的半
導體碳納米管種類，然後利用與較寬帶隙半導體碳納
米管電子能級所對應的激子能級相匹配的激發光去激
發樣口 叩的光致螢光光譜，如果察到較窄帶隙半導體碳
納米管的螢光信號，就說明單壁碳納米管樣品中存在
微小半導體納米管束，否則，單壁碳納米管樣品中就
基本上不存在微小半導體納米管束。
此方法可以用來快速準確地鑑別單壁碳納米管樣
口 叩是否存在微小半導體納米管束。
權利要求
1、一種鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，該方法包括測試單壁碳納米管樣品的吸收光譜或者拉曼光譜；根據吸收光譜或者拉曼光譜來確定單壁碳納米管樣品中半導體碳納米管的帶隙；選擇與較寬帶隙半導體碳納米管電子能級所對應激子能級相匹配的激發光來激發單壁碳納米管樣品的光致發光光譜；根據光致發光光譜中是否存在來自較窄帶隙半導體碳納米管的螢光信號來判斷單壁碳納米管樣品是否含有微小半導體碳納米管束。
2、根據權利要求1所述的鑑別樣口 叩是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，中樣如果包含單壁碳納米管束，每根單壁碳納米管束的平均直徑大約在2納米到20納米之間
3、根據權利要求1所述的鑑別樣叩是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，中樣口 叩的吸收光"J並 孓曰測量範圍位於40 0納米到2500納米之間。
4、根據權利要求3所述的鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，苴 z 、中根據樣口 叩吸收光譜可以確定單壁碳納米管樣品中半導體碳納米管的帶隙。
5、根據權利要求1所述的鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，苴 z 、中樣P 叩的拉曼光譜利用一條或者多條雷射線來表徵c
6、根據權利要求5所述的鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，3中根據樣品的拉曼光譜可以確定半導體碳納米管的直徑分 布，並確定樣品中半導
7 、根據權利要求 否含有微小半導體碳納 其中測試樣品的光致發 較寬帶隙半導體碳納米 相匹配。
8 、根據權利要求 有微小半導體碳納米管 樣品的光致發光光譜測 0納米之間。
9 、根據權利要求體碳納米管的帶隙。 、4或6所述的鑑別樣口 叩是米管束的方法，特徵在於，光光譜時，激發光的波長要與管電子能級所對應的激子能級1或7所述的鑑別樣口B是否含束的方法，特徵在於，中量範圍在800*內米到250.8所述的鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，中光致發光光譜的員體測量範圍是激發光波長與半導體碳納米管中較窄帶隙波長之間所覆蓋的波長範圍'
10、根據權利要求i所述的鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，中樣叩的光致發光光譜如果存在較窄帶隙半導體碳納米管的光致發光信號就說明樣品中含有微小半導體碳納米管束
全文摘要
本發明一種鑑別樣品是否含有微小半導體碳納米管束的方法，其特徵在於，該方法包括測試單壁碳納米管樣品的吸收光譜或者拉曼光譜；根據吸收光譜或者拉曼光譜來確定單壁碳納米管樣品中半導體碳納米管的帶隙；選擇與較寬帶隙半導體碳納米管電子能級所對應激子能級相匹配的激發光來激發單壁碳納米管樣品的光致發光光譜；根據光致發光光譜中是否存在來自較窄帶隙半導體碳納米管的螢光信號來判斷單壁碳納米管樣品是否含有微小半導體碳納米管束。
文檔編號G01N21/63GK101308084SQ200710099288
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月16日 優先權日2007年5月16日
發明者俊 張, 李桂榮, 譚平恆 申請人:中國科學院半導體研究所