При производстве одностенных углеродных нанотрубок результатом обычно является смесь различных наноструктур, как с полупроводниковыми, так и с металлическими свойствами. Эта проблема существенно затрудняет создание электронных устройств на основе нанотрубок, т.к. в практических приложениях необходимо использование либо только полупроводниковых, либо только металлических структур. Теперь же совместная группа ученых из США и Кореи предложила новый простой и легко масштабируемый до промышленных объемов способ эффективного разделения нанотрубок с помощью полимера, который взаимодействует только с полупроводниковыми образцами.

Известно, что однослойные углеродные нанотрубки (Single-walled carbon nanotube, SWNT) могут в будущем стать идеальными строительными блоками для наноразмерной электроники, поскольку при своем небольшом размере они способны выдерживать значительные токи.

Однослойные углеродные нанотрубки представляют собой свернутые в цилиндр листы графена, толщиной всего в один атом. Атомы в графене образуют гексагональную кристаллическую решетку и, в зависимости от взаимного направления этой решетки и оси цилиндра (нанотрубки), полученная структура проявляет себя либо как металл, либо как полупроводник.

У каждого из типов углеродных нанотрубок найдутся свои применения.

• Металлические нанотрубки могут использоваться для изготовления прозрачных и тонких проводов, а
• полупроводниковые – для формирования высокопроизводительных наноразмерных транзисторов.

Однако в обоих случаях примесь второго типа нанотрубок нежелательна (т.к. она портит характеристики итогового устройства).

До сегодняшнего дня существовало несколько методик отделения металлических и полупроводниковых нанотрубок, большинство из которых настолько сложны, что не могут быть масштабированы до промышленного объема. Но, похоже, в своей последней работе проблему решила совместная группа ученых из Stanford University (США) и Frontier Research Lab at Samsung (Корея).

Исследователи предложили использовать специфический полимер (rr-P3DDT), который взаимодействует только с полупроводниковыми нанотрубками. Для разделения смеси металлических и полупроводниковых нанотрубок достаточно добавить к ним органический раствор полимера, а затем поместить полученную смесь в звуковую ванну.

В результате взаимодействия полупроводниковые нанотрубки растворяются (образуют гомогенную смесь с полимерным растворителем), а металлические – нет. Впоследствии металлические нанотрубки легко выделяются из раствора при помощи центрифуги.

При этом оставшиеся полупроводниковые нанотрубки не обязательно отделять от полимера (т.к. он сам является полупроводником). Достаточно испарить лишнюю влагу из раствора и можно создавать устройства на основе нанотрубок.

Ученые показали это, создав ряд простейших электронных устройств и измерив их электрические свойства.

К слову, в этих устройствах отношение тока во включенном состоянии к току в выключенном состоянии было не менее 10⁶.

Предложенный процесс легко масштабируется до любых объемов производства одностенных углеродных нанотрубок. Таким образом,

методика делает нас на один шаг ближе к коммерческому производству высокопроизводительных транзисторов на основе углеродных наноструктур. Также они могут использоваться в качестве активного вещества в солнечных батареях.

Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале ACS Nano.