更快、更簡、更廉——碳納米管的新篇章

材料牛注：為了防止單層碳納米管的孔隙被水或者其他有害物質充滿，美國國家標準與技術研究所（NIST）的研究人員新近開發出了一種預充填法，通過在納米管中充填具備某些特殊性質的化合物，能使納米管的性能得到很大提升，甚至接近中空納米管。而且這種方法簡便快捷，價格也比較低廉，接下來讓我們先睹為快！

當遇到鹽瓶堵塞或是高峰期堵車的時候，我們大多數人尚且會搖頭嘆氣，更別提那些研發碳納米管特殊性能的研究人員了，當這些微小的圓柱體被水充滿時，他們便只能束手無策。可喜的是，美國國家標準與技術研究所（NIST）已經設計出一種廉價、快速的方法來有效地提高碳納米管的質量及其穩定性，這對于新的計算技術有著十分重要的應用前景。

為了防止單層碳納米管的孔隙被水或者其他有害物質填充，NIST的研究人員建議使用一種具有特定性能的化合物對納米管進行預充填，然后在水中進行分離，從而獲得均勻一致的納米管。無論是量還是質，通過這種方法制備的碳納米管都遠遠優于水充填而得的納米管，尤其是在應用于傳感器和光電探測器等光學領域時，效果尤為明顯。

這種方法是通過將如鐵絲網或蜂巢般排列的碳原子片卷起而制得的，其為單層碳納米管的性能設計開辟了一條簡捷的道路，改善并賦予了它新的性能。

NIST的研究團隊在進行實驗驗證時，將20多種不同的化合物注入到內徑在0.5nm至2nm多范圍內的單層碳納米管的混合體中進行試驗。例如，以訪問學者Jochen Campo為首的科學家們就以烷烴作為填料進行了測試。

烷烴，如常見的丙烷和丁烷等，有助于納米管內部穩定性的提升。換句話說，烷烴充填的納米管如同中空一般，而這恰恰就是Fagan和Campo以及他們的同事所期待達到的效果。

水充填的納米管，可能還含有部分離子、酸或是其它有害的化學物質，與之相比，中空納米管具有優異的性能。例如，當中空碳納米管受到光的刺激時，會發出更明亮更清晰的熒光信號。

然而，NIST團隊在近期發表在Nanoscale Horizons期刊上的一篇論文中提到，納米管在加工過程中對水或其它溶劑的自發攝入是一種特有的而又經常被忽略的現象，這對納米管的應用開發有很不利的影響。

也許是因為過濾和收集納米管需要花費額外的成本和精力，研究者們通常選擇忽略未充填（空的）和幾乎填滿的單層碳納米管的混合批次。從這些混合物中分離出未填滿的納米管不但需要使用昂貴的離心設備，而且根據Campo的估算，產量僅能達到10%。

“舉個例子，如果你的目的是將納米管用于電子電路，或是熒光抗癌圖像造影劑時，那么你需要更多組成和性質穩定的納米管，”?Campo解釋道，其在安特衛普大學進行博士后研究時正是在探索這方面的應用。“這一特殊的要求促進了新的預充填法的研究發展：我們是否能夠將一些被動的化學物質注入納米管內，從而使水留在管外面呢？”

從開頭那個簡單的實驗我們就可以得到肯定的答案，而且效果十分明顯。在熒光實驗中，烷烴充填的納米管發射的信號要比水充填納米管強2到3倍，接近作為對比標準的中空納米管。

更為重要的是，NIST研發的預充填法是可控且通用的，且其易于與現有的單層碳納米管的加工方法混用。相信碳納米管的研究前景將一片光明，我們拭目以待。

參考原文鏈接：Simpler, Faster and Cheaper: A Full-filling Approach to Making Carbon Nanotubes of Consistent Quality

本文由編輯部顧玥提供素材，黃亞編譯，牛蕾審核，點我加入材料人編輯部。

材料人網尊重所有進行知識傳播的媒體，轉載請聯系tougao@cailiaoren.com