新方法合成90%純度碳納米管水平陣列

多年來，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)課題組開發(fā)出一種全新方法，合成出純度高達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，但其合成過程完全不涉及卷曲，而是通過催化化學(xué)氣相沉積法，在催化劑粒子表面成核生長而成。催化劑既提供支撐結(jié)構(gòu)，又催化碳氫鍵分解成碳原子形成碳納米管。

2015年張錦團隊發(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，他們開發(fā)出一種利用碳納米管與催化劑對稱性匹配的外延生長的全新方法，通過對碳管成核效率的熱力學(xué)控制和生長速度的動力學(xué)控制，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)為手性指數(shù)（2m，m）類碳納米管陣列的富集生長。他們選用碳化鉬為催化劑，制備了純度高達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80%。理論預(yù)測，這種方法純度可達99%，可見還有很大的發(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生產(chǎn)碳納米管晶體管，他們今后會繼續(xù)改進純度，并選擇性制備其他類型碳納米管結(jié)構(gòu)。