Sådan ruller du et nanorør:Afmystificerende kontrol af kulstofnanorørs struktur

Banebrydende forskning offentliggjort i Natur af professor Feng Dings team fra Center for Multidimensional Carbon Materials, inden for Institut for Grundvidenskab (IBS), i samarbejde med professor Jin Zhangs team, ved Peking University og kolleger, har demonstreret, hvordan man kontrollerer syntesen af ​​specielle bittesmå carboncylindre kendt som carbon nanorør (CNT'er), for at syntetisere vandrette arrays af CNT'er med samme struktur.

På grund af deres exceptionelle mekaniske, elektriske og termiske egenskaber, CNT'er betragtes som et glimrende alternativ til silicium til næste generations mikroelektronik. Imidlertid, da CNTs elektroniske egenskaber er strukturafhængige, finde en pålidelig måde at syntetisere CNT'er med den samme struktur, snarere end en blanding af forskellige typer, har holdt videnskabsmænd forundret i de sidste 20 år.

CNT'er ligner plader af grafen rullet sammen for at danne små rør, 100, 000 gange tyndere end et menneskehår. I virkeligheden, imidlertid, ingen rolling er involveret i synteseprocessen, og CNT'er vokser normalt fra overfladerne af små metalpartikler, kaldet katalysatorer, via katalytisk kemisk dampaflejring. Ud over at være en støttende struktur, katalysatoren nedbryder kulbrintemolekyler til kulstofatomer, der danner kulstofnanorørene og letter indsættelsen af ​​kulstofatomer i den voksende cylinder. I 2014 Ding og hans samarbejdspartnere opdagede, at brugen af ​​solide metallegeringskatalysatorer, såsom W6Co7, kan føre til syntese af CNT'er med specifikke strukturer. I deres seneste papir, de udvidede denne viden meget yderligere.

Som i et slagskibsspil, hvor bådenes position er defineret af to tal, strukturen af ​​CNT'er er defineret af et par indekser. IBS-forskere fandt ud af, at de kunne dyrke både ledende (12, 6) og halvledende (8, 4) CNT'er med meget høj selektivitet. Disse strukturer er meget ønskede til mulige anvendelser i transistorenheder.

I betragtning af katalysatorernes symmetri, kinetikken af ​​CNT-vækst og størrelsen af ​​katalysatorpartiklerne, forskerne kunne tune produktionen af ​​CNT'er mod én fremherskende type. Ved brug af wolframcarbid (WC) som katalysator, den (8, 4) CNT'er vokser fortrinsvis, mens hvis molybdæncarbid (Mo2C) blev brugt, den (12, 6) struktur var fremherskende. "En specifik katalysator kan producere en specifik gruppe af CNT'er, da de deler den samme symmetri, " forklarer prof. Ding. Desuden, CNT'erne vokser parallelt på et substrat og kan derfor bruges direkte til enhedsapplikationer.

Den (8, 4) CNTs renhed nåede 80-90%, som er blandt de højeste, der nogensinde er opnået eksperimentelt. "De teoretiske beregninger viser, at selektiviteten kunne være større end 99,9%, viser, at der stadig er store muligheder for forbedringer, " forklarer prof. Ding. Efter at have produceret halvledende (8, 4) CNTs arrays for første gang, holdet sigter mod at forstå og kontrollere dannelsen af ​​alle typer kulstof nanorør, og forbedre selektiviteten i fremtiden.