作为具有独特螺旋结构的准一维纳米材料，碳纳米线圈在传感器、微纳机电系统、能源和电磁屏蔽等领域有着重要的应用，但其电学传输中的载流子浓度和迁移率等重要问题至今未有报道。

6686体育·(中国)责任有限公司纳米能源研究中心邓承浩课题组硕士生赵斯麒等人制备了基于单根碳纳米线圈的场效应晶体管，利用栅压调控和有限元计算的结合，测量了碳纳米线圈的载流子迁移率和浓度。变温测试发现，单根碳纳米线圈的载流子迁移率随温度升高而升高，浓度随着温度升高而下降，这与成熟的半导体理论相悖。他们提出，碳纳米线圈内的sp²纳米晶粒可能存在热膨胀现象，其多晶-非晶混合结构为这种热膨胀提供了空间。通过变温X射线衍射和变温拉曼表征发现，sp²晶粒在c轴方向存在面外膨胀，热膨胀导致了层间耦合作用的降低，从而减小了有效态密度；热膨胀同样造成sp²晶粒间距减小，减小了载流子在晶粒间的传输势垒，从而增大了迁移率。利用自主设计的柔性探针测试了沿碳纳米线圈长度方向的电学参数分布，结合拉曼表征，课题组发现了缺陷程度与载流子浓度和迁移率之间的正负相关关系。

本课题的工作为实现碳纳米线圈的电子学应用提供了理论指导；提出的sp²纳米晶粒的热膨胀为其他类似结构的理解提供了依据。该论文于2022年4月发表在《Materials Today》子刊《Materials Today Nano》上。

 

 

论文标题：Carrier Mobility of Polycrystalline-Amorphous Carbon Nanocoils and Its Distribution in Length Direction

论文作者：赵斯麒（广西大学、硕士生）、赵永鹏、邓承浩（广西大学、通讯作者）、潘路军（大连理工大学、通讯作者）

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842022000359