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北大全新方法合成90%纯度碳纳米管水平阵列
梅西 2017-02-17
导语

多年来,找到一种可靠方法制备相同结构碳纳米管的水平阵列,是困扰科学家们的一大难题。最近,北京大学化学与分子工程学院和纳米化学研究中心的张锦教授,带领课题组开发出一种全新方法,合成出纯度高达90%的相同结构碳纳米管水平阵列。

多年来,找到一种可靠方法制备相同结构碳纳米管的水平阵列,是困扰科学家们的一大难题。最近,北京大学化学与分子工程学院和纳米化学研究中心的张锦教授,带领课题组开发出一种全新方法,合成出纯度高达90%的相同结构碳纳米管水平阵列。2月15日出版的《自然》杂志在线刊登了这一重要成果

碳纳米管(CNTs)因其优越的力学、电学和热学性能,被认为最有潜力取代硅用于下一代微电子器件。碳纳米管可看成是由石墨片卷曲而成,但其合成过程完全不涉及卷曲,而是通过催化化学气相沉积法,在催化剂粒子表面成核生长而成。催化剂既提供支撑结构,又催化碳氢键分解成碳原子形成碳纳米管。


图:由乙醇化学气相沉积法控制单壁碳纳米管手性

2015年张锦团队发现,用固体碳化物催化剂能合成出特定结构的碳纳米管。这次,他们开发出一种利用碳纳米管与催化剂对称性匹配的外延生长的全新方法, 通过对碳管成核效率的热力学控制和生长速度的动力学控制,实现了结构为手性指数(2m,m)类碳纳米管阵列的富集生长。他们选用碳化钼为催化剂,制备了纯度高达90%、结构为手性指数(12,6)的金属性碳纳米管水平阵列,密度为20根/微米。他们还用碳化钨做催化剂,制备了结构为手性指数(8,4)的半 导体性碳纳米管水平阵列,其纯度可达80%。理论预测,这种方法纯度可达99%,可见还有很大的发展空间。

张锦教授表示,相同结构的半导体性碳纳米管水平阵列非常适合用来生产碳纳米管晶体管,他们今后会继续改进纯度,并选择性制备其他类型碳纳米管结构。

文章链接:

Shuchen Zhang, et al, "Arrays of horizontal carbon nanotubes of controlled chirality grown using designed catalysts," Nature(2017), doi:10.1038/nature21051

(本文来源:科技日报;)

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作者 梅西

本科生

北京工业大学

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  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
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