我国科学家攻克单壁碳纳米管结构可控制备关键技术

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我国科学家攻克单壁碳纳米管结构可控制备关键技术

来源：新华网
2014-06-30 10:24:06

中国新材料研究再获世界级突破。26日北京大学发布消息称，该校李彦教授课题组借助一种自主研制的新型钨基合金催化剂，研究出单壁碳纳米管结构可控制备方法。该成果也发表在26日出版的《自然》杂志上。

26日北京大学发布消息称，该校李彦教授课题组借助一种自主研制的新型钨基合金催化剂，研究出单壁碳纳米管结构可控制备方法。

以钨基合金纳米晶为催化剂生长单一手性的单壁碳纳米管

碳纳米管仅由一层碳原子环绕而成，自身重量极轻，却拥有高出钢铁数百倍的拉伸强度，以及许多异常的力学、电学和化学性能，因而在复合材料和电子行业等领域有着非常广阔的应用前景，还被认为是制造“太空天梯”的理想材料。碳纳米管早在1991年就被发现，但由于20多年来各国科学家一直未能找到让碳纳米管结构可控生长的制备方法，其在碳基电子学发展和电子技术中的实际应用受到了极大制约。

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带隙不同的半导体。实践证明，这是碳纳米管的一个独特而优异的性质，但同时也是碳纳米管制备上的巨大挑战。

用一般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物，而单一手性单壁碳纳米管的选择性生长成为一个难题，自日本科学家饭岛澄男1991年在电子显微镜下观察到了碳纳米管，国际上已掀起了碳纳米管研究的热潮。但经各国科学家20余年努力，单一手性单壁碳纳米管的选择性生长问题，仍悬而未决。

李彦教授是北京大学无机化学专业教授，博士生导师。主要从事纳米材料与纳米结构研究，以AFM Lithography和CVD方法为基础，在表面上制备和组装纳米结构和纳米器件，CVD方法制备碳纳米管及其他纳米材料，纳米材料的模板合成及仿生合成。

北京大学李彦教授

李彦教授课题组经过十二年的潜心研究，逐步深化了对碳纳米管的生长机制和催化剂作用的认识，在此基础上提出了一种实现单壁碳纳米管结构/手性可控生长的方案。他们成功开发出了一类新型钨基合金催化剂，其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，其独特的原子排布方式可用来调控生长的碳纳米管的结构，从而实现了单壁碳纳米管的结构/手性可控生长。正是利用该催化剂的这些优异特性，我国科学家最终培育出了具有特定结构的单壁碳纳米管。

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10年至15年可能显现商业价值的新一代电子技术。而材料是碳基电子学发展的基础和关键，基于北京大学课题组提出的碳纳米管结构可控生长的科学制备方法，碳基电子学有望在短期获得长足进展。

该项成果在《自然》杂志上发表，点击这里见英文全文。

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