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新闻联播:我国碳纳米材料研究取得世界级成果

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发表于 2014-7-3 11:33:58 |显示全部楼层

导读:央视网消息(新闻联播):近日,我国科学家在新材料领域取得了世界级研究成果:北京大学李彦教授和她的课题组首次提出碳纳米管生长规律的控制方法,这一成果6月26日发表在了权威学术期刊《自然》杂志上。

  碳纳米管是一种新型的“超级材料”,它的强度可以达到钢材的300倍,而密度仅仅是钢材的六分之一。同时,它还有望成为硅的替代材料,让未来的手机、电脑外形更小、功能更强大。然而,碳纳米管是由碳原子组成的,在制造过程中,其内部的碳原子会随机呈现五边形、六边形、七边形等不同的排列组合。人们不知道如何来控制它的结构,从而得到具有特定性能的碳纳米管。这个难题已经困扰国际科学界20多年。北京大学化学与分子工程学院教授李彦和她的课题组,用乙醇为原料,使用一种新型钨基合金的催化剂,通过制作半导体材料常用的化学气相沉积法,得到了生长结构均一的碳纳米管。这一发现,为碳纳米管深度开发应用奠定了基础。

  这项研究成果6月26日发表在了《自然》杂志上,《自然》杂志是创立于英国的世界顶级学术刊物,通常只刊发自然科学领域最重要的发现。李彦团队的碳纳米管研究成果也获得了国际同行的高度赞誉。

延伸阅读:

碳纳米管分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管,电子器件通常选用单壁碳纳米管。单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体,根据卷曲方式(通常称为“手性”)的不同,可以是金属性导体或半导体。

  英国皇家化学会会士、美国杜克大学化学系教授刘杰分析,碳纳米管的性质是和手性密切相关,有些碳纳米管可以是金属性的,有些则是半导体性的。以前,大家制备的碳纳米管材料都是各种手性的混合物,这对碳纳米管的应用造成很大的不便。

  据预测,基于硅基CMOS集成电路的微电子技术在未来十年左右将趋近于发展的极限,发展后摩尔时代的纳电子技术已迫在眉睫。2009年,国际半导体路线图委员会推荐基于碳纳米管和石墨烯的碳基电子学技术作为未来十至十五年可能显现商业价值的新一代电子技术。材料是碳基电子学发展的基础和关键,然而迄今人们仍没有办法实现碳纳米管的结构可控生长,这已经成为制约碳基电子学发展的瓶颈问题。

  北大化学与分子工程学院教授李彦课题组经过十二年的研究,终于找到单壁碳纳米管生长规律的控制方法。据李彦透露,课题组以乙醇为原料,使用一种新型钨基合金的催化剂制作单壁碳纳米管。这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点,能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下,保持其晶态结构和形貌。同时,这类催化剂本身具有独特的结构,利用这种纳米尺度的晶体为催化剂,就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳米管。这样的碳纳米管可用于高性能器件的加工当中。

  刘杰表示,李彦团队第一次证明单壁碳纳米管可控性生长是可行的,这项研究成果对碳纳米管的应用,特别是碳纳米管在电子学器件领域里的应用意义非常重大


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