北大教授找到單壁碳納米管生長控制方法

　　以鎢基合金納米晶為催化劑生長單一手性的單壁碳納米管。

　　能否控制單壁碳納米管的生長？近二十余年來一直困擾著碳納米管研究領(lǐng)域的科學(xué)家們，能否找到控制方法也成為碳納米管應(yīng)用的瓶頸。日前，這道世界性難題被北京大學(xué)李彥教授研究團(tuán)隊攻克，該團(tuán)隊在全球首次提出單壁碳納米管生長規(guī)律的控制方法，研究成果已于6月26日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

　　碳納米管分為多壁碳納米管和單壁碳納米管，電子器件通常選用單壁碳納米管。單壁碳納米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圓柱體，根據(jù)卷曲方式(通常稱為“手性”)的不同，可以是金屬性導(dǎo)體或半導(dǎo)體。

　　英國皇家化學(xué)會會士、美國杜克大學(xué)化學(xué)系教授劉杰分析，碳納米管的性質(zhì)是和手性密切相關(guān)，有些碳納米管可以是金屬性的，有些則是半導(dǎo)體性的。以前，大家制備的碳納米管材料都是各種手性的混合物，這對碳納米管的應(yīng)用造成很大的不便。

　　據(jù)預(yù)測，基于硅基CMOS集成電路的微電子技術(shù)在未來十年左右將趨近于發(fā)展的極限，發(fā)展后摩爾時代的納電子技術(shù)已迫在眉睫。2009年，國際半導(dǎo)體路線圖委員會推薦基于碳納米管和石墨烯的碳基電子學(xué)技術(shù)作為未來十至十五年可能顯現(xiàn)商業(yè)價值的新一代電子技術(shù)。材料是碳基電子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，然而迄今人們?nèi)詻]有辦法實現(xiàn)碳納米管的結(jié)構(gòu)可控生長，這已經(jīng)成為制約碳基電子學(xué)發(fā)展的瓶頸問題。

　　北大化學(xué)與分子工程學(xué)院教授李彥課題組經(jīng)過十二年的研究，終于找到單壁碳納米管生長規(guī)律的控制方法。據(jù)李彥透露，課題組以乙醇為原料，使用一種新型鎢基合金的催化劑制作單壁碳納米管。這種催化劑納米粒子具有非常高的熔點(diǎn)，能夠在單壁碳納米管生長的高溫環(huán)境下，保持其晶態(tài)結(jié)構(gòu)和形貌。同時，這類催化劑本身具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，利用這種納米尺度的晶體為催化劑，就能夠生長出具有特定結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管。這樣的碳納米管可用于高性能器件的加工當(dāng)中。

　　劉杰表示，李彥團(tuán)隊第一次證明單壁碳納米管可控性生長是可行的，這項研究成果對碳納米管的應(yīng)用，特別是碳納米管在電子學(xué)器件領(lǐng)域里的應(yīng)用意義非常重大。

　　據(jù)了解，碳納米管是一種新型的超級材料，它的強(qiáng)度可以達(dá)到鋼材的三百倍，而密度僅僅是鋼材的六分之一。碳納米管有望成為硅的替代材料，將可以使未來的手機(jī)、電腦外形更小巧，功能更強(qiáng)大?！?/p>