我國科學家攻克單壁碳納米管結構可控制備關鍵技術

中國新材料研究再獲世界級突破。26日北京大學發佈消息稱，該校李彥教授課題組藉助一種自主研製的新型鎢基合金催化劑，研究出單壁碳納米管結構可控制備方法。該成果也發表在26日出版的《自然》雜誌上。

以鎢基合金納米晶為催化劑生長單一手性的單壁碳納米管

碳納米管僅由一層碳原子環繞而成，自身重量極輕，卻擁有高出鋼鐵數百倍的拉伸強度，以及許多異常的力學、電學和化學性能，因而在複合材料和電子行業等領域有着非常廣闊的應用前景，還被認為是製造“太空天梯”的理想材料。碳納米管早在1991年就被發現，但由於20多年來各國科學家一直未能找到讓碳納米管結構可控生長的製備方法，其在碳基電子學發展和電子技術中的實際應用受到了極大制約。

單壁碳納米管，可看作是由石墨烯沿一定方向捲曲而成的空心圓柱體。根據捲曲方式（通常稱為“手性”）的不同，可以是金屬性導體或帶隙不同的半導體。實踐證明，這是碳納米管的一個獨特而優異的性質，但同時也是碳納米管制備上的巨大挑戰。

用一般方法合成的樣品均為不同結構的碳納米管組成的混合物，而單一手性單壁碳納米管的選擇性生長成為一個難題，自日本科學家飯島澄男1991年在電子顯微鏡下觀察到了碳納米管，國際上已掀起了碳納米管研究的熱潮。但經各國科學家20餘年努力，單一手性單壁碳納米管的選擇性生長問題，仍懸而未決。

李彥教授是北京大學無機化學專業教授，博士生導師。主要從事納米材料與納米結構研究，以AFM Lithography和CVD方法為基礎，在表面上製備和組裝納米結構和納米器件，CVD方法制備碳納米管及其他納米材料，納米材料的模板合成及仿生合成。

北京大學李彥教授

李彥教授課題組經過十二年的潛心研究，逐步深化了對碳納米管的生長機制和催化劑作用的認識，在此基礎上提出了一種實現單壁碳納米管結構/手性可控生長的方案。他們成功開發出了一類新型鎢基合金催化劑，其納米粒子具有非常高的熔點，能夠在單壁碳納米管生長的高温環境下保持其晶態結構和形貌。

同時，這類催化劑本身具有獨特的結構，其獨特的原子排布方式可用來調控生長的碳納米管的結構，從而實現了單壁碳納米管的結構/手性可控生長。正是利用該催化劑的這些優異特性，我國科學家最終培育出了具有特定結構的單壁碳納米管。

2009年，國際半導體路線圖委員會推薦基於碳納米管和石墨烯的碳基電子學技術作為未來10年至15年可能顯現商業價值的新一代電子技術。而材料是碳基電子學發展的基礎和關鍵，基於北京大學課題組提出的碳納米管結構可控生長的科學制備方法，碳基電子學有望在短期獲得長足進展。

該項成果在《自然》雜誌上發表，點擊這裏見英文全文。