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富勒烯掺杂的纳米结构及其方法

阅读：265发布：2022-01-04

专利汇可以提供富勒烯掺杂的纳米结构及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且掺杂纳米结构以调节传导特性。根据各个示例性实施方式，用卤化富勒烯型掺杂剂材料掺杂诸如碳纳米管的纳米结构。在一些实施方式中，掺杂剂材料从溶液中沉积或者通过气相沉积，所述掺杂剂材料用于掺杂纳米管以增加所述纳米管的导热性和/或导电性。，下面是富勒烯掺杂的纳米结构及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种掺杂基于碳纳米管的纳米结构的方法，该方法包括：
将基于富勒烯的材料施加于纳米结构的外表面，所述基于富勒烯的材料的费米能级低于纳米结构的费米能级；
使用施加的基于富勒烯的材料在纳米结构上生长出基于富勒烯的掺杂剂材料；以及用来自基于富勒烯的掺杂剂材料的掺杂剂来掺杂纳米结构的表面以影响从掺杂剂到纳米结构的电荷转移并形成包含一部分纳米结构以及掺杂剂的混合材料，所述混合材料展现的传导率高于用基于富勒烯的掺杂剂材料掺杂前的纳米结构的传导率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在施加基于富勒烯的材料前，通过将富勒烯与基于非富勒烯的材料结合以将基于富勒烯的材料的费米能级调节到低于纳米结构费米能级的水平来制备基于富勒烯的材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在施加基于富勒烯的材料前，通过将富勒烯与基于卤素的材料结合以形成费米能级低于纳米结构费米能级的基于卤化富勒烯的材料来制备基于富勒烯的材料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括施加费米能级比纳米结构的费米能级至少低0.026eV的非聚合的基于富勒烯的材料。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括施加导带比纳米结构导带的最低能级至少低0.026eV的基于富勒烯的材料。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述施加基于富勒烯的材料包括将基于富勒烯的材料施加于各种纳米结构上形成薄片，
所述使用施加的基于富勒烯的材料在纳米结构上生长出基于富勒烯的掺杂剂材料包括在各种纳米结构上生长出基于富勒烯的掺杂剂材料，以及
所述掺杂纳米结构的表面包括用来自基于富勒烯的掺杂剂材料的掺杂剂来掺杂各种纳米结构的表面以在每一个纳米结构上形成混合材料，所述混合材料包含一部分的纳米结构以及掺杂剂，并且展现的传导率高于用基于富勒烯的掺杂剂材料掺杂前的纳米结构的传导率，所述混合材料形成导电薄片的部分以将薄片设置成透过至少90％入射光。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺杂纳米结构的表面包括降低至少约
20％的纳米结构电阻。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括施加基于卤化富勒烯的材料。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括施加基于氟化富勒烯的材料。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括施加选自C60F18、C60F24、C60F36、C60F44、C60F48以及C70F54的材料。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述将基于富勒烯的材料施加于纳米结构包括选择基于富勒烯的材料的厚度以调节包含多种纳米结构的薄膜的透明度，和以选定的厚度将基于富勒烯的材料施加到纳米结构的薄膜，以及
使基于富勒烯的材料成核包括使基于富勒烯的材料以选定的厚度成核以在薄膜上形成成核材料并调节薄膜的透明度来调节透明度。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对纳米结构施加基于富勒烯的材料包括对碳基纳米结构施加基于富勒烯的材料。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用施加的材料掺杂纳米结构包括相对于掺杂前的施加的材料的电阻值，用掺杂剂降低所述施加的材料的电阻值。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将基于富勒烯的材料施加于纳米结构包括将基于富勒烯的材料施加于包含碳纳米管、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纤维、半导体碳纳米管、金属碳纳米管、无机纳米丝、有机纳米丝、氧化锌纳米结构、银纳米结构、金纳米结构、硅纳米结构、石墨烯以及氧化石墨烯中的至少一种的纳米结构。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括将基于富勒烯的材料从溶液中沉积到纳米结构上。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加基于富勒烯的材料包括在纳米结构上气相沉积基于富勒烯的材料。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对纳米结构施加基于富勒烯的材料包括施加对于纳米结构具有选择性的基于富勒烯的材料，以减轻所述基于富勒烯的材料对于与纳米结构相邻的其他材料的施加。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加和使用基于富勒烯的材料的步骤包括使所述基于富勒烯的材料沉积到纳米结构上，在所述纳米结构上基于富勒烯的材料成核并生长以形成基于成核富勒烯的材料。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对纳米结构施加基于富勒烯的材料包括对厚度至少为约一微米的结构施加基于富勒烯的材料。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述对纳米结构施加基于富勒烯的材料包括将基于富勒烯的材料沉积到纳米结构上的涂层上，以及
所述使基于富勒烯的材料成核包括在涂层上形成至少一些成核的基于富勒烯的材料。
21.一种掺杂基于碳纳米管的纳米丝的方法，该方法包括：
将基于富勒烯的材料施加于基于碳纳米管的纳米丝，所述基于富勒烯的材料包含选自C60F18、C60F24、C60F36、C60F48、C60F44以及C70F54的材料；
使基于富勒烯的材料成核以在基于碳的纳米丝上形成成核的基于富勒烯的材料；以及用所述成核的基于富勒烯的材料掺杂基于碳纳米管的纳米丝。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述施加和成核的步骤包括在基于碳的纳米丝上沉积基于富勒烯的材料，其中所述基于富勒烯的材料在基于碳纳米管的纳米丝上成核。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于：
所述对基于碳纳米管的纳米丝施加基于富勒烯的材料包括选择沉积到纳米丝上的基于富勒烯的材料的量，以调节包含多个纳米丝的装置的透明度，并以选定的量将基于富勒烯的材料施加到所述多个纳米丝上；以及
使沉积的基于富勒烯的材料成核包括使基于富勒烯的材料成核以在纳米丝上形成成核材料并调节装置的透明度来调节透明度。
24.基于碳纳米管的纳米丝电路，该电路包含：
连通在电路节点之间的基于半导体碳纳米管的纳米材料；以及
传导性混合材料，该材料包含卤化富勒烯掺杂剂和基于碳纳米管的纳米材料，设置掺杂剂以影响电荷转移到基于碳纳米管的纳米材料，并设置所述掺杂剂以电连通电路节点，所述混合材料展现出比基于碳纳米管的纳米材料高的传导性。
25.如权利要求24所述的纳米丝电路，其特征在于，所述掺杂剂包含选自C60F18、C60F24、C60F36和C60F48、C60F44以及C70F54的材料。
26.如权利要求24所述的纳米丝电路，其特征在于，所述传导性混合材料的电阻值比基于半导体碳纳米管的纳米材料的电阻值小一个数量级。
27.如权利要求24所述的纳米丝电路，其特征在于，设置传导性混合材料并与纳米丝排列以使得所述纳米丝的导热性大于基于半导体碳纳米管的纳米材料的导热性。
28.如权利要求24所述的纳米丝电路，其特征在于：
所述基于半导体碳纳米管的纳米材料是碳纳米管，以及
所述传导性混合材料是用卤化富勒烯掺杂剂掺杂的碳纳米管的侧壁。

说明书全文

富勒烯掺杂的纳米结构及其方法

[0001] 相关专利文件

[0002] 根据35U.S.C.§119，本专利文件要求2010年1月25日提交的题为“富勒烯掺杂纳米结构”的美国临时专利申请序列第61/298,043号的优先权；该临时专利申请通过引用完全结合入本文。

[0003] 联邦资助研究与开发

[0004] 本发明是在国家地理空间情报局（National Geospatial-Intelligence Agency）授予的合同号HM1582-07-1-2009，以及国家科学基金会(National Science Foundation)授予的0213618的政府资助下完成的。美国政府享有本发明的一定权利。

技术领域

[0005] 本发明一般地涉及纳米结构，更具体地，涉及掺杂纳米结构及其方法。

背景技术

[0006] 纳米结构，例如碳纳米管（CNT）以及基于石墨烯的材料，在多种不同应用中的使用越来越多。例如，一些基于CNT的应用涉及用于安全、化学以及生物应用的电子电路、生物功能化装置、晶体管、显示器、触摸屏、OLED、电子书、太阳能电池以及传感器。在许多的所述应用中，所希望的是薄的高导电材料。

[0007] 在许多的所述应用中，在许多条件下，特别是在大量生产条件下，制备具有一致特性的纳米管是困难的。例如，纳米管通常具有不同的外形或者手性以及不同的导电性和电子特性（例如，纳米管制造会产生半导体以及金属纳米管）。

[0008] 鉴于上述问题，操作或者以其他方式改性诸如纳米管和石墨烯的纳米结构以适合具体的应用。例如，使用诸如碘、氯化银和亚硫酰氯的掺杂剂掺杂碳纳米管，可以提升CNT的导电性。然而，所述掺杂剂对于大规模制造和真实世界的应用可能具有挑战性。例如，某些掺杂剂涉及或者需要使用不合乎希望（例如，有毒）的气体或者难以使用，且许多掺杂剂不能用于形成长时间稳定的掺杂结构。某些掺杂剂会随时间降解碳纳米管和其他有机材料，阻碍了封装并使得掺杂结构不适用于许多应用。此外，许多掺杂或者以其他方式改性碳纳米管的方法涉及不合乎希望和/或昂贵的制备过程，如那些涉及高热或者冗长生产的方法。

[0009] 这些以及其他问题对于各种用于或者受益于纳米结构的方法、装置和系统仍具有挑战性。

发明内容

[0010] 本发明的各个方面针对涉及纳米结构的装置、方法和系统，所述纳米结构的装置、方法和系统解决了包括上述所讨论的那些问题在内的难题。

[0011] 根据一个示例性的实施方式，用基于富勒烯的材料掺杂纳米结构。所述基于富勒烯的材料，如卤化富勒烯（例如，氟化富勒烯），应用于纳米结构和成核。成核的基于富勒烯的材料用来自成核的基于富勒烯的材料的掺杂剂掺杂纳米结构。

[0012] 另一个示例性实施方式涉及如下掺杂纳米结构的方法。将基于富勒烯的材料施加于纳米结构的外表面。此基于富勒烯的材料具有低于费米能级和/或纳米结构导带能带的费米能级，用于在纳米结构上生长出基于富勒烯的掺杂剂材料。所述纳米结构的表面用来自基于富勒烯的掺杂剂材料的掺杂剂掺杂，以形成包含部分纳米结构以及掺杂剂的混合材料。所述混合材料展现出比用基于富勒烯的掺杂剂材料掺杂之前的纳米结构大的导电性。

[0013] 另一个示例性实施方式涉及用于掺杂诸如单纳米丝和/或部分电路的碳基纳米丝的方法。将包含选自C60F18、C60F24、C60F36、C60F48、C60F44以及C70F54的材料的基于富勒烯的材料施加于碳基纳米丝。使（氟化的）基于富勒烯的材料成核以在碳基纳米丝电路上形成成核的基于富勒烯的材料，并用（氟化的）富勒烯掺杂所述碳基纳米丝电路。

[0014] 另一个示例性实施方式涉及具有半导体碳基纳米材料和导电混合材料的碳基纳米丝，导电混合材料包含卤化（例如，氟化）富勒烯掺杂剂以及碳基纳米材料。相对于碳基纳米材料的导电性，所述混合材料展现出增强了半导体碳基纳米丝的导电性。

[0015] 以上概述并不是用来描述本发明的各个实施方式或者每个实现形式。以下附图和详述更具体地举例说明了各种实施方式。

[0016] 附图简要说明

[0017] 通过下面结合附图对本发明的各种实施方式所作的详细说明，可以更全面地理解本发明的内容，其中。

[0018] 根据本发明的一个示例性实施方式，图1显示了掺杂过程中各个阶段的纳米结构；

[0019] 根据本发明的各个示例性实施方式，图2显示了掺杂碳纳米管的能级；以及[0020] 根据本发明的各个示例性实施方式，图3所示是掺杂碳纳米管的直方图。

[0021] 虽然本发明可具有各种修改和替代形式，但其细节通过举例的方式呈现在附图中，并将进行详细描述。但应当理解，其意图并不是将本发明限制于所述的特定实施方式。相反，本发明涵盖落在本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式，包括权利要求书所限定的各个方面。

[0022] 发明详述

[0023] 本发明涉及本文所述的掺杂纳米材料。虽然本发明未必限于此类装置和应用，但通过借助此背景和其他背景讨论各种实施例可理解本发明的各个方面。

[0024] 根据一个示例性实施方式，使用卤化富勒烯掺杂诸如碳纳米管的纳米结构。在一个实施方式中，一个或多个氟化富勒烯掺杂剂在碳或者基于无机的纳米/微结构上沉积、生长或者以其他方式放置。掺杂剂与纳米/微结构的紧密接触用于影响电荷转移以及纳米/微结构的掺杂，以调整（例如，改善）纳米/微结构的导电性和/或导热性。在某些应用中，掺杂剂还增强了所述纳米/微结构的强度、刚度或者其他机械性质。

[0025] 掺杂剂材料可以使用各种方法沉积或者以其他方式形成于目标结构上。在一些应用中，掺杂剂从气相沉积，例如通过使用热气相沉积。在其他应用中，掺杂剂从溶液中沉积。其他应用还涉及掺杂剂的其他沉积方法，或者使用结合的方法（例如，基于溶液和基于气相沉积），可以同时和/或在不同的步骤中进行所述方法。一旦沉积或者形成，使用掺杂剂材料掺杂目标结构，且可以通过处理进一步改性（掺杂之前或之后）。

[0026] 对于不同应用可以使用各种掺杂剂。在一些应用中，选择并使用掺杂剂以增加微/纳米结构两个以上数量级的导电性。对于各种应用，为了稳定性而选择掺杂剂，并用于产生展现出随时间稳定的掺杂特性（例如，长期在环境温度条件下和/或高至并超过约250摄氏度）的电子和/或热装置。

[0027] 在许多应用中，应用对于纳米/微结构具有选择性的掺杂剂来掺杂所述纳米/微结构。例如，在许多应用中，希望限制掺杂剂对于具体纳米结构的沉积。因此，当减轻或抑制掺杂剂材料在其他结构上的生长时，相对于周围纳米结构和/或下方基材，一种或多种在具体纳米结构上选择性生长的掺杂剂材料在纳米结构上生长。

[0028] 结合多个示例性实施方式，使用卤化富勒烯掺杂碳和无机纳米/微结构的应用包括纳米/微管或者基于丝的电子装置，如晶体管、显示器、触摸屏、传感器、电子书（e-纸）、电子阅读器（e-阅读器）、柔性电子装置、太阳能电池、热传导器以及复合材料。选择掺杂剂以稳定并高效地掺杂半导体纳米/微结构以调节结构的导电水平，例如通过增加半导体纳米管的导电性和/或通过掺杂半导体纳米管以形成金属纳米管。对于各种应用，选择掺杂剂以调节本文中所述的纳米/微结构的电荷转移特性。

[0029] 在这些情况中，术语“掺杂”指的是加入一种或多种材料与纳米/微结构接触。加入的掺杂材料或者掺杂剂，将自由移动的电荷引入所述纳米/微结构的导带中。加入到导带中的自由移动电荷用于调节或者改变半导体材料的电子性质和热性质，例如改变所述性质以使结构具有类似金属的特性。如下讨论是对于示例性掺杂纳米/微结构以及使用的掺杂剂的具体细节。

[0030] 在一些示例性实施方式中，使用一种或多种掺杂剂掺杂纳米管，所述掺杂剂选自具有如下分子式的一类氟化富勒烯衍生物：在一些实施方式中，使用一种或多种掺杂剂掺杂纳米管，所述掺杂剂选自一类卤化富勒烯衍生物，且至少部分的分子式包含：

[0031] C60Fx、C60Cly、C60FxCly、C70Fx、C70Cly、C70FxCly

[0032] 其中对于C60，X=1-55，对于C70，X小于65。更优选地，X=18、24、36、48、54或者56。

[0033] 其中对于C60，X=1-55，对于C70，X小于65。更优选地，Y=4、6、24、36、48、54或者56。

[0034] 被掺杂的纳米结构包括单独纳米管、碳纤维、纳米丝、碳纳米管或者本文中所述的其他纳米/微结构中的一种或多种。

[0035] 在其他实施方式中，使用具有如上所述的式C60Fx的氟化富勒烯掺杂碳纳米管（CNT）和/或碳纤维。对于本文中所述的一些应用，通过用氟化富勒烯掺杂半导体管来改性半导体与金属管的混合物，并增加所述混合物的总导热性和/或导电性。碳基纳米/微结构可以包含单壁碳纳米管（SWNT）或者多壁碳纳米管（MWCNT）中的一种或多种，且可以包含一种或多种手性的所述纳米管。此外，所述碳基纳米/微结构可以包含一束纳米管CNT或者碳纤维。

[0036] 其他实施方式涉及基于石墨烯结构的掺杂，其中石墨烯薄层中的一层至多层被掺杂以适用于特定的应用。例如，可以掺杂石墨烯层将它们的传导率或者其他性质调节到电子应用、热应用以及高强度应用中的一个或多个的选定的水平。在一些实施方式中，对于包括那些希望涉及使用石墨烯氧化物实现某些加工特性的应用，掺杂石墨烯氧化物或者还原的石墨烯氧化物。可以使用这些方法（掺杂石墨烯或者石墨烯氧化物）提升所述结构的导电性和导热性，以在许多应用中产生可行的组分并适用于各种技术。

[0037] 根据另一个示例性实施方式，使用本文中所述的卤化富勒烯掺杂诸如无机半导体的无机纳米/微结构，以形成电子电路和/或装置。在一些应用中，掺杂包含氧化锌、硅、锗的无机纳米/微结构，金属/非金属半导体例如碲化镉、硫化锌、氮化钛和硒化铜铟镓，以及其他金属/非金属氧化物，以形成电子电路。

[0038] 结合一个或多个附图和/或示例性实施方式可以实现本文中所述的各个实施方式。当与本文中（上文或下文）各个示例性实施方式结合使用时，术语“纳米结构”指的是具有纳米规模尺寸特性的结构，例如直径通常为约一纳米范围的碳纳米管（而长度可能远大于数千纳米）。在其他实施方式中，术语“纳米结构”指的是具有数百纳米、接近（且可能超过）一微米规模的尺寸特性的结构，例如直径范围为数百纳米至数微米的碳纤维。

[0039] 此外，本文中所述的掺杂方法适用于掺杂诸如单CNT或者石墨烯颗粒的单纳米结构，或者适用于掺杂大量的所述结构，其可以是丝、电路、片或者其他装置的形式。例如，一些应用涉及掺杂使用诸如激光烧蚀、软焊、基板固定以及焊接的方法接合或以其他方式连接的CNT。对于某些实施方式，本文中所述的掺杂方法还可能有助于所述接合（例如，沉积的掺杂剂材料还可以起接合纳米结构的作用），且还可能有助于增强所掺杂结构的机械强度。

[0040] 在某些实施方式中，诸如CNT或者石墨烯的纳米结构在诸如表面活性剂或者基于聚合物的溶液中分散，并从所述溶液中沉积。在这些实施方式中，所述表面活性剂或者聚合物可以覆盖CNT或者石墨烯的一些或者全部表面，本文中所述的掺杂剂材料沉积到覆盖的表面上。通过所述CNT或者石墨烯的暴露区域或者通过电荷转移到表面上的涂层并进一步通过涂层转移到CNT或者石墨烯，可以影响所述结构中的电荷转移。

[0041] 在各种上下文中，本文中所述的术语“纳米丝”和“电路”用于形成了电路和/或具有导体以及其他组件的电路的部分的导体。例如，术语“电路”可指导体或者导电片，所述导电片可以由一个或多个电路组件供电或者与一个或多个电路组件相连接。术语“电路”还可指导体或者导电片以及一个或多个电路组件。

[0042] 现在看附图，根据本发明的另一个示例性实施方式，图1显示了掺杂过程中各个阶段的纳米结构100。通过举例示出了A处的纳米管110，同时可以使用如下所示以及所述的方法结合如上所述的各种纳米结构或者微结构。例如，可以如所示形成CNT、单壁纳米管（SWNT）、多壁碳纳米管（MWCNT）、碳纤维、纳米丝、纳米材料丝束以及纳米材料索（例如，不同直径的束）中的一种或多种。还可以使用不同类型的纳米材料，例如如上所述的具有不同手性的纳米管（例如半导体或者金属的）、半导体纳米管、金属纳米管、无机和有机纳米丝（例如，具有ZnO、Ag、Au或者Si中的一种或多种）及其组合。此外，虽然所示是一个纳米管110，但是如本文所述，可以同时和/或作为不同制备步骤的部分，来掺杂多个所述的纳米管（或者纳米结构）。

[0043] 所得的结构可以用于形成各种装置，例如导电丝、电路和/或这些纳米结构的整个薄膜。还可以调节纳米管110上的掺杂剂的密度、排列、长度以及总厚度（例如，1-100nm或者更高的范围）以适用于具体的应用。此外，所述纳米管110可以是自立式的或者形成在基板上。

[0044] 在B处，掺杂剂材料在纳米管110上沉积，例如从溶液或者气相沉积，在C处，沉积的掺杂剂材料120用于掺杂纳米管以调节（例如，增加）所述纳米管的传导性。掺杂剂材料可以包含如上所述的氟化富勒烯材料以及其他各种这类的材料（例如：掺杂剂可以包含选自C60F18、C60F24、C60F36、C60F48、C60F44以及C70F54或者其他卤化富勒烯，例如氯化富勒烯的取代富勒烯材料）。在一些实施方式中，在C处，掺杂剂材料成核（例如，在沉积时材料成核）以形成成核掺杂剂和/或作为用于掺杂纳米管110的过程的部分，所述过程还可以用于调节或者以其他方式控制掺杂水平。所述掺杂剂材料可以沿着纳米管110的部分或者全部生长，从一个或多个初始成核点位延伸，作为成核点位的沉积/成核的部分，和/或作为连续沉积或另一个沉积过程的部分。

[0045] 通常，所示可以穿过纳米结构（例如，穿过纳米管110），或者穿过该纳米结构的整个薄膜进行掺杂，以形成多种导电结构。在许多掺杂薄膜的实施方式中，穿过薄膜使用的掺杂剂的费米能级小于大多数或者基本上全部纳米结构（例如，大于75％、大于85％或者大于95％的纳米结构）的费米能级。其中在薄膜（例如，半导体和金属纳米丝）中存在纳米结构的混合物，用于薄膜中的掺杂剂的费米能级可以小于大多数或者基本上全部的一类纳米结构（例如，半导体纳米结构）。

[0046] 根据本发明的各个示例性实施方式，图2显示了掺杂碳纳米管的示例性能级图200。显示了对于用不同氟化掺杂剂掺杂的碳纳米管的这些示例性能级（最高已占分子轨道(HOMO)，以及最低未占分子轨道(LUMO)），还显示了未掺杂碳纳米管的示例性的值。

[0047] 根据各个示例性实施方式，使用图2中所示的掺杂剂中的一种或多种以得到具有不同导电水平的碳纳米管。可以基于对于具体应用所希望的传导率、掺杂剂的成本或者其他特性、或者使用掺杂碳纳米管形成的装置的其他方面来选择掺杂剂。此外，可以调节所述掺杂剂的用量以实现所希望的掺杂剂水平（例如，如所示，沉积的氟化富勒烯的厚度约为5纳米）。

[0048] 显示了210处的碳纳米管的能级，并分别在220、230以及240处显示了用包含C60F18、C60F36以及C60F48的氟化富勒烯掺杂的碳纳米管的能级。使用氟（F）的电负性，使用增加的氟含量以显著降低富勒烯的最低未占分子轨道(LUMO)。每一个F原子的加入用于调节或降低高至约0.05eV的LUMO。相应地，可以类似地实施一种或多种其他类型的卤素。与这些实施方式结合，发现所有氟化富勒烯（FF）的费米能级低于CNT的费米能级，且类似的方法可用于其他卤素。

[0049] 当CNT与FF体系平衡时，通过从CNT到FF的电荷转移使费米能级平衡，其中p-掺杂（引入空穴）进入到CNT中。C60F36和C60F48的最低未占分子轨道可以低于CNT HOMO的能量，其用于促进高效电荷转移掺杂。

[0050] 根据本发明的各个示例性实施方式，图3显示了掺杂碳纳米管的直方图300。未掺杂碳纳米管显示在310处，用氟化富勒烯C60F18、C60F36以及C60F48掺杂的碳纳米管分别显示在320、330和340处。

[0051] 结合这些实施方式，认识到/发现随着图3中所示的氟化作用增加了掺杂效率和CNT传导率。例如，结合各个示例性实施方式，认识到CNT的HOMO与用C60F48掺杂的CNT的LUMO之间的能级差（ECNT-HOMO-EC60F48-LUMO）约为0.8eV（即，表示至少同一（一对一的情况）的掺杂效率）。通过每一个与半导体CNT接触的C60F48分子使CNT增加至少一个空穴。

[0052] 在一个示例性实施方式中，空穴浓度（p，单位为空穴/cm2）与薄层电阻、SC-CNT移2 -1 12 15
动性μ(～5-50cm/Vs)以及元素电荷e有关，p=(eμRs) ，并可以被调节到约10 -10 空
2 13 2
穴/cm。对于一层C60F48的单层覆盖为～8x10 分子/cm，其小于空穴浓度，其中C60F48还在侧壁掺杂了CNT。从而掺杂效率可以超过同一（一对一）情况的值，且在一些实施方式中，C60F48用于接受LUMO中的两个电子。

[0053] 根据上述，各个实施方式涉及通过调节掺杂剂材料的量来调节掺杂纳米/微结构的透明度。例如，使用更多的掺杂剂材料可以增加导电性和/或导热性，且这还会阻碍透明度。在此方面，各个实施方式涉及以符合所需传导水平以及所需透明度水平的量使用掺杂剂材料，对于所希望的应用，在传导性和透明度的调节之间权衡。在一个示例性实施方式中，对于C60F48掺杂稀疏半导体CNT，将薄片电阻调节为约600欧姆，透明度约为96％。

[0054] 根据各个示例性实施方式以及与所述各个示例性实施方式的结合发现，对于透明度以及总薄膜厚度（其可以根据具体的装置应用进行调节），相对于在其上生长碳纳米管的下方基板，本文中所讨论的氟化富勒烯（C60Fx）优选在碳纳米管上生长。在一个实施方式中，根据C60F48的较大带隙和颜色（白色），使得其对于光的吸收弱，在将C60F48沉积到碳纳米管上之后（如图2和/或3所示），实现了透明度的低损失或者最小损失。对于接合纳米管，在一些实施方式中，实现了小于150欧姆的薄片电阻和约91％的透明度，而在其他实施方式中，实现了约60欧姆的薄片电阻和约92％的透明度。

[0055] 可以一起和/或以其他方式实现上述和图中所示的各种实施方式。还可以以更分离或整合的方式实现图/附图中所示的一个或多个项目，或者适应具体应用，在某些情况下将图/附图中所示的一个或多个项目去除和/或呈现为不使用。例如，涉及纳米结构的各个实施方式可以通过微米结构来实现，例如那些具有约1纳米至数百纳米直径或者其他尺寸特性的微米结构。类似地，可以用非碳基结构（例如，其他材料的纳米管或者混合碳材料的纳米管）来实现使用碳基结构表征的实施方式，涉及纳米管的实施方式可以使用纳米丝和碳纤维取代纳米管实现，和/或除了纳米管外还使用纳米丝和碳纤维来实现。此外，可以在不同的应用中使用各种不同的掺杂材料。在本说明书中，本领域的技术人员能理解，可以根据本说明书做出各种变化而不背离本发明的精神和范围。

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