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我校碳纳米管研究取得重大进展

2000年10月25日 00:00  点击:[]


    碳纳米管由于具有很多优异而独特的光学、电学和机械性质以及广泛的应用前景,已经成为国际上众多科学家关注和研究的前沿热点。碳纳米管所具有的基本特性主要有: ①碳纳米管径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,主要由六边形排列的碳原子构成同轴圆管,层与层之间保持固定的间距。 ②碳纳米管的长度一直径比很大,长度是直径的几千倍,远远大于普通纤维材料。碳纳米管强度比钢高100倍,但重量只有钢的六分之一,因而有可能成为一种新型的高强度碳纤维材料。碳纳米管可以添加别的基体中构成复合材料,可以极大地改善其性能。 ③由于碳纳米管具有很大的表面积,可以用来作为催化剂的载体,最大程度的提高催化剂的效率,还可以用来进行储氢,制造新型氢电池。 ④根据碳纳米管直径和拓扑结构的不同,碳纳米管有时是优良的导体,有时则是半导体,可以用来制作晶体管开关电路或微型传感器元件。 ⑤不同拓扑结构的碳纳米管连接在一起会出现非线性结效应,有近乎理想的整流效应。碳纳米管还具有高的机械强度和高的热导率。 ⑥碳纳米管场发射性能优良,还可以用来做新一代平板显示器。碳纳米管的应用领域涉及多个方面,在材料领域,它可以制造出任何复杂形状的零件,是复合材料理想的增强纤维;在微机械与执行器方面应用方面,碳纳米管是理想的扫描探针显微针尖,可用于扫描隧道显微镜、原子力显微镜。另外,利用单壁碳纳米管制造的微机构执行器其应变能力大大高于铁电材料,并可以进行反向工作,将机械能转换成电能,作为力学传感器件和能量转换器件;在纳米电子学方面,可以通过制造在单壁碳纳米管和碳化物之间的异质结构,该结构的界面大小是纳米量级的,代表了目前可以达到的最小的异质结,在未来的混合(hybrid)纳米器件中会扮演重要的角色。可以利用碳纳米管局部所呈现的异质结状况。制作尺度非常小的纳米电子器件。而且可将自旋极化的电子从铁磁性物质中注入到多壁碳纳米管中,发现电子自旋的相关传输。这意味着碳纳米管非常有可能发展成为实用的自旋电子器件。碳纳米管的电导是量子化的,其导电机理是弹射性质的,不耗散热量。碳纳米管量子电导比典型的室温工作的量子电导的尺寸和稳定性高几个数量级;在能源领域由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和空心结构,有较大的比表面积,比常用的吸附剂一活性炭有更大的氢气吸附能力,非常适合作为储氢的材料;在信息显示和存储方面碳纳米管在场发射方面最早有希望实现实用化,韩国的研究人员已经制备出了9英寸的碳纳米管平板显示器。另外,碳纳米管还具有实现大规模海量信息存储的可能性。碳纳米管的制备工艺有电弧法、CVD法、热解法和激光蒸发法。我校电子与信息工程学院朱长纯教授领导的研究小组经过长期的研究,已经用PECVD法制备出了定域生长的碳纳米管样品,用双温区热解法进行了碳纳米管定向生长研究,制备了场发射特性优异的定向生长碳纳米管阵列,并已用该碳纳米管薄膜制备了六单元210(5×7×6)像素的碳纳米管场发射显示器的样管。该项目所取得的技术进展已经受到国家有关部门的高度重视。  


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