超顺排碳纳米管阵列、薄膜、长线——通向应用之路

碳纳米管阵列是一种通过自组织形成的有序碳纳米管集体,其中的碳纳米管垂直于基底排列起来.超顺排碳纳米管阵列是一种特殊的碳纳米管阵列,其独特之处在于可以直接抽出连续的碳纳米管薄膜.该碳管薄膜仅有几十纳米厚,既透明又导电,其中的碳管沿抽拉方向平行排列.如果让拉出的薄膜通过一挥发性溶剂,或者采用边拉边绞的方式,该碳管薄膜又可以收缩成长线.该收缩后的长线具有高的力学强度和杨氏模量,是电的良导体.这些连续的薄膜和长线,将纳米级的碳管变成宏观可操控的客体,将碳纳米管优异的物理化学性质带到各种宏观应用,打开了一条从纳米世界通向宏观应用之路.该文将介绍超顺排碳纳米管在宏观尺度的应用和基于超顺排碳纳米管的产品,如高分辨透射电子显微镜用碳纳米管微栅,透明柔性可拉伸的碳纳米管薄膜扬声器,碳纳米管触摸屏等.     

硅纳米孔柱阵列上低温无催化剂生长碳纳米管

采用化学气相沉积的方法在硅纳米孔柱阵列衬底上无催化剂生长出碳纳米管.分别在新制备的和制备后再在常温下自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列衬底上进行无催化剂生长碳纳米管,结果发现新制备的硅纳米孔柱阵列表面没有碳纳米管长出,而自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列表面有大量的碳纳米管出现.从硅纳米孔柱阵列的结构及表面氧化程度的不同加以分析,提出了无催化剂生长碳纳米管的生长机理,为在无金属催化剂条件下生长碳纳米管提供了一种新的方法.     

科学家利用碳纳米管制造出坚硬材料

据新华网报道 :美国科学家发现 ,用一层碳纳米管、一层聚合物层层交叠出的“夹心饼干式碳纳米管”具有超强硬度 ,可与工程中使用的超硬陶瓷材料媲美。美国俄克拉荷马州立大学的科学家在最新一期英国《自然材料学》杂志上报告了他们的这一成果。他们说 ,这种新的超硬材料是完全有机的 ,而且很轻 ,适用于制造植入人体并长期发挥作用的医疗器件 ,在航天工业方面也有很好的应用前景。俄克拉荷马州立大学的科学家使用的新方法 ,把材料交替浸在碳纳米管水“溶液”和聚合物溶液里 ,使材料表面交替生成单分子层的碳纳米管和聚合物。这就避免了碳纳米…     

单壁碳纳米管的超导电性

阐述了电弧法制备单壁碳纳米管以及在单壁碳纳米管内实现超导态的实验方法。对用电弧法制备碳纳米管的实验条件、实验过程和实验产物进行了讨论。此外，分析了用、接受诱导法”实现碳纳米管的超导电态的具体条件，即将单壁碳纳米管束或单个碳纳米管嵌放在两个超导电极之间，在一定的条件下，有可能在碳纳米管内诱导出超导电流，已有的实验显示碳纳米管内的超导电流的临界值较大，并表现出特殊的对温度和磁场的依赖性。“接近诱导法”打开了探索碳纳米管超导性质的大门。     

大口径单壁纳米碳管碰撞生长机制的研究

利用紧束缚分子动力学模拟方法，模拟了单壁碳纳米管与两个石墨烯片之间的碰撞过程，发现一定长度和宽度的两片石墨烯片与开口单壁纳米碳管的碰撞在一定的能量下会形成更大口径的两端口封闭的单壁纳米碳管．这可能也是一种大口径碳纳米管的生长机制．     

院校新闻

上海大学发现碳纳米管新特性比头发丝的万分之一还细的一根碳纳米管,也能成为纳米器件的供能单元。近日,上海大学研究人员在国际上首次发现,碳纳米管在一定条件下可实现热能与机械能相互转化,这项成果有望令纳米能量转换器成为可能。     

甲基修饰单壁碳纳米管的几何结构、束缚能和电子结构

采用brenner经验势通过计算甲基吸附在碳纳米管上吸附能的方法找到了甲基修饰单壁碳纳米管最稳定的几何结构，并且发现甲基吸附在单壁碳纳米管上吸附能随着碳纳米管的直径的增加而减少，最后运用从密度泛函紧束缚方法计算了甲基修饰碳纳米管的电子态密度，发现当甲基修饰碳纳米管后，碳纳米管在费米能级附近出现局域态，改变了碳纳米管的光电特性，因此，甲基修饰的单壁碳纳米管有可能成为制造纳米发光元器件重要原材料之一．     

科学新闻

制备分支碳纳米管阵列的新方法——气流波动法碳纳米管因其优良的电学和机械性能目前已广泛地被用来制作多种纳米电子器件,但是如何将这些独立的电子器件连接成一个功能系统,如纳米电路等,仍是纳米电子学领域的一大挑战。中科院化学所有机固体重点实验室刘云圻、朱道本研究组提出了一种新的制备方法来解决这一难题。他们发现气流波动能可控地制备分支碳纳米管阵列。同时通过改变气流的成分可以控制分支碳纳米管中各部分的化学组成。基于此,他们提出了分支碳纳米管形成的一种新机制。该方法简单可控,为分支碳纳米管用于制备未来的纳米集成电路提供了可能,并可能用于制备其它材料的分支纳米结构,对分支纳米结构的制备和纳米器件的集成具有重要意义。相关研究论文发表在2006年2月Nano Letters,6(2):186～192上。     

制造太空缆的高强度聚合物材料

介绍了碳纳米管和现有的几种高强度聚合物材料的性能及碳纳米管的功能化.功能化的碳纳米管,尤其是以高强度聚合物接枝的碳纳米管,即“聚合物枝化碳纳米管”可能是今后超高强度材料的主要组分,是制备太空缆索的希望.     

受限于单壁碳纳米管中水的分子动力学模拟

对受限于不同直径和不同负载量情况下的纳米碳管中的水分子进行动力学模拟.研究发现:水分子在碳纳米管中的扩散经历二种方式,先是弹道扩散,然后是正常扩散;水在单壁碳纳米管中的扩散系数远远大于一般分子筛中的扩散系数.     

机械振动驱动碳纳米管中水的输运规律

根据棘轮理论设计了一个基于碳纳米管的纳米水泵模型,利用在碳纳米管壁偏离中点的位置施加一周期性的机械振动来驱动纳米管中的水;用分子动力学模拟重点研究了纳米管壁不同位置的机械振动对水泵中的定向流的影响.发现水泵中的定向流非常敏感地依赖于振动的位置,而碳纳米管壁上往左右两边传播的机械波的不对称性是引起定向流及其方向反转的主要原因.     

碳纳米管表面的氨基化修饰及其聚脲基纳米复合材料的制备和力学性能研究

设计了一种碳纳米管表面氨基化修饰及其聚脲基纳米复合材料的分子设计和制备方法。首先，通过混酸氧化处理得到羟基化碳纳米管；其次，以原位聚合法，通过聚丙烯酸中羧基和碳纳米管表面羟基的酯化反应，将聚丙烯酸接枝到碳纳米管表面；最后，通过接枝聚丙烯酸和端氨基聚醚D-400的酰胺化反应，在碳纳米管表面实现氨基官能化修饰。将氨基修饰的碳纳米管均匀分散在端氨基聚醚固化剂混合物中，进而与端异氰酸根预聚物组分反应得到碳纳米管/聚脲基纳米复合材料。经测试可知，氨基化碳纳米管质量分数为0.7%时，在聚脲基体中分散比较均匀，且聚脲的拉伸强度比原始碳纳米管修饰的聚脲增加了40%。     

碳纳米管的电镜图象

运用Ｘ６５０扫描电镜、Ｈ８００透射电镜等对各种碳纳米管的形貌和结构进行了观察,发现碳纳米管呈纤维状,且有一定的弯曲;碳纳米管管端始终是封闭的,管子四周被碳纳米颗粒包围;纯化后的碳纳米管管壁四周的碳纳米颗粒消失,管口同时被打开．此外,还对其形成原因进行了分析     

新型三维(3,3)碳纳米管聚合体

本文研究了单壁(3,3)碳纳米管束在高压下的结构演变过程。在静水压40 GPa下,(3,3)碳纳米管束会直接聚合形成一种新型六方三维碳纳米管聚合体(命名为六方3D-(3,3)碳)。卸除压力后,它能保持其结构不变,成为一种新型半导体性的超硬碳。该研究为压缩碳纳米管合成新型碳提供了理论依据。     

中科院20位院士评出2003年世界十大科技新闻

一、科学家研制出世界最小的纳米电动机 美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家用碳纳米管研制的电动机，直径约为500纳米，比头发丝还要小300倍，能够在电压驱动下转动。电动机的旋转叶片是一片金叶，长度不到300纳米，叶片安装在一根由多层碳纳米管做成的转轴上。这种纳米电动机容易驱动、运动灵活，对温度和化学条件要求     

杂化效应诱导压缩应变碳纳米管能带结构研究

采用第一性原理对压缩应变下超小口径碳纳米管的带隙和能带结构展开研究。总能曲线显示(3,0)~(8,0)单壁碳纳米管在小于10%的小应变区展现弹性行为。能带结构的计算结果显示,超小口径的(3,0)、(4,0)、(5,0)、(6,0)碳纳米管能在较大的压缩应变(10%)下较好地保持金属性,而管径相对较大的(7,0)、(8,0)碳纳米管实现了半导体性到金属性的转变,表明超小口径碳纳米管在压缩应变下不同常规的大口径碳管的电学行为。进一步的分析表明,超小口径碳纳米管带隙的变化行为与传统大口径碳纳米管的不同结果主要来源于严重卷曲引发的σ-π杂化效应对费米能级附近带态的能量和性质产生剧烈的影响,进而说明基于传统碳纳米管的规律已不适用于超小口径碳纳米管。     

纳米NiO／SiO2催化剂的制备及其在碳纳米管合成中的应用

以有机硅剂和硝酸镍为主要原料，通过调节有机硅剂和硝酸镍的配入量，采用sol-gel法及超临界干燥法，制得纳米SiO2－纳米NiO复合催化剂。催化剂的比表面积在470－1590m^2/g之间，将此种催化剂用于有机碳源热解制备碳纳米管过程中发现，该类催化剂可制备管径可控、纯度高的碳纳米管。     

碳纳米管——天使还是魔鬼？

1991年日本科学家饭岛（Iijima）发现了一种针状的管形碳单质——碳纳米管。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。     

“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目通过教育组织的科技成果鉴定

2002年1月5日，我校朱长纯教授等完成的“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”通过了教育部组织的科技成果鉴定．“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目是在纳米技术这一重大技术领域的背景下，对碳纳米管薄膜的生长和纯化工艺进行的深入研究，研制出了利用催化热解法生长和纯化碳纳米管薄膜及利用低压化学气象沉积法生长并优化碳纳米管薄膜的新工艺，为碳纳米管在多种领域的应用提供了技术手段，具有广阔的应用前景，达到世界领先水平．“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目通过教育组织的科技成果鉴定     

选择性湿法刻蚀制备内嵌碳纳米管的沟槽结构

提出一种“自下而上”的纳米结构的制备方法。在生长有碳纳米管的氧化硅表面沉积数纳米的钯金属膜后, 用氢氟酸刻蚀, 得到完全由碳纳米管引导的沟槽结构, 并且碳纳米管沿沟槽分布在其底部。通过导电原子力显微镜对沟槽内的碳纳米管的表征, 发现其仍然具有良好的导电性。在碳纳米管和钯金属膜之间增加一层磁控溅射沉积的氧化硅, 可以增加沟槽的深宽比。通过降低钯金属膜的致密程度, 沟槽的开口宽度可降至100 nm左右。该方法制备的结构可以进一步用来构建基于碳纳米管的纳电子器件。