本刊記者 井芳芳

崛起在微觀世界
——訪清華大學(xué)碳納米管專家韋進(jìn)全老師

本刊記者 井芳芳

1991年在日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室里，電子顯微鏡專家飯島(Iijima)在高分辨透射電子顯微鏡下檢測(cè)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了同軸管狀的碳分子,這就是“Carbonnanotube”，即碳納米管,又名巴基管。從被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，碳納米管不過(guò)經(jīng)歷了十八個(gè)年頭，還是一種具有旺盛生命力的新材料，因此引得無(wú)數(shù)的青年學(xué)子加入到碳納米管的研究隊(duì)伍中，清華大學(xué)的韋進(jìn)全老師就是其中的一位。

韋進(jìn)全老師是廣西象州人，1999年1月他師從清華大學(xué)吳德海教授，開始單壁，雙壁碳納米管的合成，表征，性能和應(yīng)用等研究。在吳德海教授的指導(dǎo)下，走進(jìn)了誘人的納米世界。迄今已發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，授權(quán)了8項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。

碳納米管是由一層或者多層石墨層片按照一定螺旋角卷曲而成的、直徑為納米量級(jí)的無(wú)縫中空管。僅由一層石墨層片卷曲而成的稱為單壁碳納米管(single-walledcarbonnanotubes, SWNTs)，而由多層不同直徑的單壁碳納米管以同一軸線套裝起來(lái)的稱為多壁碳納米管(multi-walledcarbonnanotubes, MWNTs)。碳納米管由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的綜合性能以及廣闊的應(yīng)用前景而引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。

2001年5月底，韋進(jìn)全老師所在的課題小組意外地合成了分米量級(jí)的超長(zhǎng)單壁碳納米管！在此基礎(chǔ)上，韋進(jìn)全老師采用催化裂解法成功合成了雙壁碳納米管宏觀薄膜和長(zhǎng)絲，其工藝參數(shù)范圍比單壁碳納米管的更寬。

不久后，韋進(jìn)全老師發(fā)現(xiàn)添加劑硫能夠促進(jìn)碳納米管的可控生長(zhǎng)，隨著硫濃度的適量增加，碳納米管會(huì)呈現(xiàn)單壁、雙壁、多壁的不同層次，也就是說(shuō)，可以通過(guò)對(duì)硫濃度的細(xì)微改變來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管層數(shù)的控制！也就是說(shuō)，微小無(wú)序而又不可捉摸的碳納米管，從此可以變得“乖巧聽話”了。

2004年，韋進(jìn)全老師發(fā)現(xiàn)碳納米管具有明顯的電致發(fā)光性能，于是有了進(jìn)一步制作碳納米管燈泡的想法，但是韋進(jìn)全老師找不到愿意幫忙的燈泡封裝廠，他就到校外找了一位玻璃工人，勉強(qiáng)用手工封裝出一個(gè)以碳納米管做燈絲的燈泡。隨后在某研究所進(jìn)行的輻射性能測(cè)試表明，碳納米管具有比黑體輻射更高的發(fā)光效率，可能具有冷光行為，同時(shí)還表現(xiàn)出發(fā)光閾值電壓低、相同電壓下照度更高、特別是電阻隨溫度變化不明顯等特點(diǎn)，節(jié)能潛力很大。碳納米管燈泡的初步研究結(jié)果在APL（AppliedPhysicsLetters,《應(yīng)用物理快訊》雜志）上發(fā)表后，Nature編輯部當(dāng)周即發(fā)表評(píng)論，說(shuō)這是對(duì)愛迪生電燈泡的一種“回歸”，因?yàn)閻鄣仙诎l(fā)明鎢絲電燈泡前，最早也是用碳做燈絲的，但這決不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的“復(fù)古”與回歸。Science編輯部評(píng)論說(shuō)這是“第一個(gè)清晰可見的、表明納米技術(shù)具有更高效率的實(shí)例”。

2007年2月，韋進(jìn)全老師參與的“碳納米管宏觀體的研究”獲2006年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。之后，他總結(jié)了研究各種碳納米管宏觀體的制備、性能以及應(yīng)用的成果，并在此基礎(chǔ)上，撰寫了《碳納米管宏觀體》，系統(tǒng)地介紹了各種碳納米管宏觀體的制取工藝、檢測(cè)和表征、生長(zhǎng)機(jī)制，以及相關(guān)特性和潛在應(yīng)用。這本書不僅適合于從事納米科技的專業(yè)人員、研究生以及具有一定材料基礎(chǔ)知識(shí)的研究人員，也適合于對(duì)碳納米管感興趣的非專業(yè)讀者。這是一本普及碳納米管知識(shí)的好書，能讓更多人了解碳納米管，從而帶動(dòng)碳納米管的實(shí)際應(yīng)用。

韋進(jìn)全老師說(shuō)：“關(guān)于碳納米管的研究，我們與世界基本同步。十八年來(lái)世界各國(guó)的研究，已經(jīng)讓我們十分熟悉了碳納米管的性能特點(diǎn)以及制備技術(shù)?，F(xiàn)在，各國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了碳納米管的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用上。雖然目前，碳納米管已經(jīng)有了小范圍的應(yīng)用，如衣物材料，球拍等，但是大規(guī)模的應(yīng)用還有待時(shí)日。這也是我們目前努力的目標(biāo)?！?/p>

我們相信，在不久的將來(lái)，韋進(jìn)全老師一定會(huì)實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)，碳納米管一定會(huì)在我們的生活中發(fā)揮出它不可替代的重要作用！