新方法合成90%純度碳納米管水平陣列

多年來(lái)，找到一種可靠方法制備相同結(jié)構(gòu)碳納米管的水平陣列，是困擾科學(xué)家們的一大難題。最近，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院和納米化學(xué)研究中心的張錦教授，帶領(lǐng)課題組開(kāi)發(fā)出一種全新方法，合成出純度高達(dá)90%的相同結(jié)構(gòu)碳納米管水平陣列。這一重要成果已在線(xiàn)刊登于《自然》雜志上。

碳納米管（CNTs）因其優(yōu)越的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能，被認(rèn)為最有潛力取代硅用于下一代微電子器件。碳納米管可看成是由石墨片卷曲而成，但其合成過(guò)程完全不涉及卷曲，而是通過(guò)催化化學(xué)氣相沉積法，在催化劑粒子表面成核生長(zhǎng)而成。催化劑既提供支撐結(jié)構(gòu)，又催化碳?xì)滏I分解成碳原子形成碳納米管。

2015年張錦團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，用固體碳化物催化劑能合成出特定結(jié)構(gòu)的碳納米管。這次，他們開(kāi)發(fā)出一種利用碳納米管與催化劑對(duì)稱(chēng)性匹配的外延生長(zhǎng)的全新方法，通過(guò)對(duì)碳管成核效率的熱力學(xué)控制和生長(zhǎng)速度的動(dòng)力學(xué)控制，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)為手性指數(shù)（2m，m）類(lèi)碳納米管陣列的富集生長(zhǎng)。他們選用碳化鉬為催化劑，制備了純度高達(dá)90%、結(jié)構(gòu)為手性指數(shù)（12，6）的金屬性碳納米管水平陣列，密度為20根/微米。他們還用碳化鎢做催化劑，制備了結(jié)構(gòu)為手性指數(shù)（8，4）的半導(dǎo)體性碳納米管水平陣列，其純度可達(dá)80%。理論預(yù)測(cè)，這種方法純度可達(dá)99%，可見(jiàn)還有很大的發(fā)展空間。

張錦教授表示，相同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體性碳納米管水平陣列非常適合用來(lái)生產(chǎn)碳納米管晶體管，他們今后會(huì)繼續(xù)改進(jìn)純度，并選擇性制備其他類(lèi)型碳納米管結(jié)構(gòu)。