由于碳納米管具有獨特的電學(xué)性能、機械性能、優(yōu)越的物理和化學(xué)穩(wěn)定性以及容易墨水化，使得碳納米管成為印刷薄膜晶體管，尤其是印刷柔性薄膜晶體管，最理想的半導(dǎo)體材料之一。盡管半導(dǎo)體碳納米純化技術(shù)已日趨成熟，但高純度半導(dǎo)體碳納米管的可印刷墨水批量化制備、碳納米管的準(zhǔn)確定位和高性能n型印刷碳納米管晶體管的構(gòu)建等仍是制約印刷碳納米管薄膜晶體管應(yīng)用的瓶頸，還有待進一步研究。

最近，中科院蘇州納米所印刷電子中心趙建文研究小組與馬昌期研究小組合作，設(shè)計并合成出一系列可高效分離高純度半導(dǎo)體碳納米管管的聚合物（PDPPb5T）和大分子（6T、9T、12T等）等共軛化合物。利用PDPPb5T分離半導(dǎo)體碳納米管墨水并印刷構(gòu)建的碳納米管薄膜晶體管已達(dá)到40 cm²V^-1s^-1的遷移率，開關(guān)比達(dá)到3×10⁷，亞閾值擺幅達(dá)到130-146 mV/dec（圖1）。并與日本AIST和新加坡高性能計算所合作對聚合物選擇性分離半導(dǎo)體碳納米管的機理就行了深入的研究（圖2）。在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出了性能優(yōu)異的CMOS反相器，相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表在Nanoscale，2016，8，4588-4598。

圖1、分離后碳納米管的吸收光譜、PLE光譜圖以及印刷薄膜晶體管器件電性能（Nanoscale，2016，8，4588-4598.)

圖2、通過分子模擬計算得到的不同手性碳納米管與新型半導(dǎo)體聚合物P-DPPb5T相互作用示意圖。（Nanoscale，2016，8，4588-4598.)

在以上工作基礎(chǔ)上，趙建文研究小組通過調(diào)整印刷工藝，在同一柔性基板的不同區(qū)域選擇性印刷P-DPPb5T和PFO-TP分離的半導(dǎo)體碳納米管墨水，構(gòu)建出回滯小、亞閾值擺幅小(n型172 mV/dec和p型162 mV/dec)的n型和p型碳納米管薄膜晶體管器件，其開關(guān)比和遷移率分別具有高開關(guān)達(dá)到~10⁵和~15 cm²V^-1s^-1，并制作出柔性CMOS反相器和3階環(huán)形振蕩器。其CMOS反相器在Vdd =1 V時，增益為30，噪聲容限達(dá)到84%，功耗僅為0.1μW。3階環(huán)形振蕩器的振蕩頻率可達(dá)到3.3 KHz（圖3）。相關(guān)工作已經(jīng)發(fā)表在Small，2016，DOI: 10.1002/smll.201600452。

圖3、印刷p型和n型構(gòu)建示意圖、CMOS反相器性能圖以及3階環(huán)形振蕩器。

趙建文博士從2008年開始一直從事基于溶液化半導(dǎo)體碳納米管選擇性分離、高性能碳納米管薄膜晶體管器件的構(gòu)建及應(yīng)用研究，在Chem. Commun.，2009，7182-7184; JACS，2010，132(47):16747-9; JPCC 2011，115，6975; Sci China Chem，2011,54,1484-1490發(fā)表論文4篇，申請專利美國專利2項（Patent US20130040439和Patent US20120171103）。自2010年加入中科院蘇州納米所印刷電子學(xué)研究部以來，專注于可印刷半導(dǎo)體碳納米管墨水的批量化制備、高性能柔性印刷薄膜晶體管器件和電路等方面的應(yīng)用研究。已實現(xiàn)可印刷高純半導(dǎo)體碳納米管墨水的批量化制備（如圖4所示），發(fā)表印刷碳納米管薄膜晶體管及印刷電路研究論文15篇，申請專利15項（授權(quán)專利2項：ZL 2012 1 056384.3和ZL 2012 1 0102957.8）。

圖4、可印刷半導(dǎo)體碳納米管墨水

以上工作得到國家自然基金、科技部973項目、中科院先導(dǎo)專項、江蘇省自然基金和納米所自有基金等的大力支持。