我國納米碳材料研究領域專家-tft每日頭條

我國納米碳材料研究領域專家

圖文更新时间:2024-07-22 19:12:16

“如果有一天人們能夠按照自己的意願排列原子和分子，那将創造什麼樣的奇迹”？

我國納米碳材料研究領域專家（比石墨烯更接地氣的碳納米材料）1

圖1 美國著名理論物理學家費曼

這是美國著名理論物理學家費曼于1959年12月在加州理工學院作演講時曾經提出的預言，這也被認為是對納米科技的最早構想。在過往的幾十年間，納米科學與技術領域發生了翻天覆地的變化，并取得了可喜的進展。納米科技的發展不僅給人類帶來了對自然界的全新認識，同時也給人類提供了種類繁多且應用廣泛的納米材料。碳納米管，就是納米材料中的一個傑出代表。

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圖2 碳納米管發現者飯島澄男和碳納米管模型

碳納米管自1991年被日本NEC公司科學家飯島澄男報道以來，很快便成為納米科學技術領域研究的熱點。碳納米管是由一層或者多層石墨烯按照不同的方式卷曲成的空心管，分别稱為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管具有力學、電學、熱學、聲學、磁學以及光學等多方面的優異性能和廣闊應用前景。在過去的30年間，研究者們在碳納米管的生長機理、結構、性能、可控制備以及應用方面開展了海量的研究并取得可喜的成果。早在1895年，前蘇聯科學家就提出地月之間跨越38萬公裡搭建“人造天梯”的偉大夢想，而要實現這個夢想就必須找到一種超級材料，科學家計算出迄今為止僅有一種材料能夠滿足諸此苛刻的要求，它就是：碳納米管！

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圖3 地月碳納米管天梯

從理論上講，碳納米管具有極為優異的力學、電學及熱學等方面的性能。在力學性質方面，由于碳納米管管層由以sp2雜化方式形成的六元環碳碳最強共價鍵組成，這賦予了碳納米管極好的力學性能。理論計算機實驗結果表明，碳納米管的拉伸強度高達100-200GPa，楊氏模量超過1TPa，遠遠超過碳纖維和鋼材的力學強度。在電學性質方面，由于以sp2雜化方式形成的碳碳鍵具有接近光速1/300的極高電子費米速率，這使其金屬型碳納米管的電子遷移率高達20000cm2/（V·s）以上，碳納米管所能承受的電流密度是銅線的1000倍；而對于半導體型碳納米管來講，由于量子限域效應，其場效應器件的開關比高達107以上。

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圖4 碳納米管集成電路

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圖5 碳納米管電子器件

這些性能遠遠超過目前的矽基材料器件，成為下一代電子産業最有競争力的基元材料，成為打破後摩爾時代瓶頸的關鍵材料所在，将來可以用碳納米管排列成各種複雜的網絡結構，搭建起上億個邏輯運算通路，制造出運算速度更快、存儲容量更大、功耗更低的“全碳納米管計算機”。

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