Chiralitetsstyret vækst af enkeltvæggede kulstofnanorør

For nylig, Professor Li Yans forskerhold udviklede en ny strategi til at producere enkeltvæggede kulstofnanorør med specifik chiralitet ved at anvende en ny familie af katalysatorer, som har stor anvendelse og indflydelse inden for nanoelektorik og relaterede områder.

"Vi er nødt til at bruge strukturspecifikke kulstof-nanorør til rigtige anvendelser. Den strukturkontrollerede vækst har været en drøm for vores felt i omkring 20 år. Nyligt arbejde af professor Yan Li ved Peking University viser, at det endelig er realiseret. Jeg tror på, at hendes idé brug W-baseret katalysator er skelsættende for vækst af kulstofnanorør. Vi forventer en masse meget nyttige anvendelser af kulstofnanorør baseret på hendes nye opdagelse, " sagde professor Shigeo Maruyama fra University of Tokyo, som også tjener Fullerens præsident, Carbon nanorør, og Graphene Research Society of Japan.

Enkeltvægget kulstof nanorør (SWNT), som kan betragtes som en sømløs cylinder dannet ved at rulle et stykke grafen, kan være enten metallisk eller halvledende afhængigt af rullemåden angivet som (n, m) (eller 'kiraliteten'). Stoler på den fantastiske struktur og ejendom, især den ekstremt høje mobilitet for både elektroner og huller, SWNT'er har vist et stort potentiale inden for forskellige områder såsom nanoelektronik.

I 2009 International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) udvalgte kulstofbaseret nanoelektronik til at inkludere kulstofnanorør og grafen for yderligere ressourcer og detaljeret vejkort for ITRS som lovende teknologier rettet mod kommerciel demonstration i den næste 10-15 års horisont.

Imidlertid, det har været en stor udfordring i over 20 år at realisere den chiralitet-selektive syntese af SWNT'er. Som udtalt af Dr. Avouris i hans oversigtsartikel offentliggjort i Natur nanoteknologi (V.2 P.605), "den største hindring (ved kulstofbaseret elektronik) er vores nuværende manglende evne til at producere store mængder af identiske nanostrukturer ... der er ingen pålidelig måde at direkte producere en enkelt CNT-type, som det vil være nødvendigt i et stort integreret system." Inspirerende nok, Professor Li og hendes samarbejdspartnere har fået et gennembrud på dette spørgsmål.

Katalysatorerne, wolfram-baserede bimetalliske nanopartikler af ikke-kubisk symmetri, har høje smeltepunkter og er derfor i stand til at bevare deres krystalstruktur under den kemiske dampaflejring (CVD) proces, at regulere chiraliteten af ​​de dyrkede SWNT'er. Den (12, 6) SWNT'er syntetiseres direkte ved en overflod af> 92 % ved brug af W6Co7-katalysatorer.

Eksperimentelle beviser og teoretisk simulering afslører, at det gode strukturelle match mellem carbonatomarrangementet omkring nanorørets omkreds og arrangementet af atomerne i et af nanokrystalkatalysatorens planer letter (n, m) præferencevækst af SWNT'er. Denne metode er også gyldig for andre wolfram-baserede legeringsnanokatalysatorer til at dyrke SWNT'er af forskellig designet chiralitet. "Anvendelse af wolfram-baserede legerede nanokrystaller med unik struktur som katalysatorer baner vejen for den ultimative chiralitetskontrol i SWNT-vækst. Dette kan akkumulere udviklingen i SWNT-applikationer, for eksempel, kulstofbaseret nanoelektronik", sagde Li.

Arbejdet blev højt evalueret af professor Jie Liu ved Duke University, "Den chiralitetsspecifikke vækst af enkeltvæggede kulstofnanorør er det mest udfordrende og vigtige emne på området, som ikke er blevet løst i mange år. Prof. Yan Li ved Peking Universitet viser først, at den kontrollerede vækst er mulig. Denne udvikling er meget vigtig for anvendelsen af ​​kulstof nanorør på mange områder, især nanoelektronik."