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纳米碳管:石墨烯纳米带合成的反应器

已有 4595 次阅读 2011-9-17 23:07 |个人分类:新科技|系统分类:博客资讯| 合成, 石墨烯, 纳米管

据《科学日报》2011年9月15日报道,瑞典于默奥大学(Umea University)和芬兰阿尔托大学(Aalto University)的物理学家联手,研发出一种在单壁纳米碳管内直接合成石墨烯纳米带的有效方法。其结果及其将在《纳米快报》(Nano Letters)发表。石墨烯是仅有一个原子厚的碳薄片,但是其各种不同寻常的特性备受关注,作为一种理想的导电体可以与铜相比美,作为一种导热体,目前已知导热材料中没有一种可以比得上。石墨烯的性质变化与其带的宽度有关,石墨烯纳米带最为引人注目的焦点是在物理学领域,极有引用前途的是在电子学、太阳能以及许多其他方面。然而,石墨烯纳米带的制造并非易事。
瑞典于默奥大学物理系副教授Alexandr Talyzin和他的研究小组与芬兰阿尔托大学Esko Kauppinen教授的研究小组一起,研发出了一种利用一维碳纳米管的空心空间,作为石墨烯形成的化学反应器,这个狭小空间却具有着引人入胜的特性,使石墨烯纳米带形成化学反应发生比三维条件下的大空间更有利。
他们以六苯并苯和二萘嵌苯作为制备长而窄的石墨烯带原材料,在纳米碳管内进行反应制得。利用这些分子作为石墨烯合成的基石也并非空穴来风,而是基于他们以前的研究。他们研究发现,六苯并苯分子可以与另一个分子在一定的条件下反应形成二聚体、三聚体以及更长的分子。实验结果表明,六苯并苯分子可能被用于石墨烯合成,但需要在一个平面成线性排列的必要反应。单壁碳纳米管的内部空间表面似乎是一个理想的地方,来迫使分子边缘紧靠边缘排列而发生聚合反应。在这项新的研究中,研究已经表明这是可能的。
当Ilya Anoshkin在阿尔托大学的电镜下观察到第一批样品时,发现了令人兴奋的结果:所有的纳米碳管内部完全被石墨烯纳米带塞满了。成功的实验还取决于很多纳米管的选择。纳米管适宜的直径和高品质是由阿尔托大学的合作者提供。之后,研究人员发现,石墨烯纳米带的形状可以采用不同的芳烃来进行修饰。纳米带的形状和宽度不同,其性质截然不同。例如,纳米带既可以是金属,也可以是半导体,这种性质完全取决于他们的宽度和类型。有趣的是,碳纳米管也可以是金属或者半导体,取决于他们的直径大小;当化学修饰后甚至可以变成绝缘体。这为其广泛应用开辟了巨大的潜力。Talyzin宣称,他们准备在未来将石墨烯与纳米管以所有可能的组合,制得杂化物。例如,在绝缘纳米管内的金属纳米带就是很薄的绝缘线。他们可能直接被用于碳纳米管内部而发光,从而制成纳米发光源。半导体纳米带可用于晶体管、太阳能电池等。金属-金属组合实际上是一种新的同轴纳米电缆、这种类型的宏观电缆被用于传送无线电信号。混合合成的新方法很简单,易规模化,而且几乎是100%的允许纳米带将纳米管充满。由芬兰的Arkady Krasheninnikov完成的理论模拟显示,石墨烯纳米带保持了他们在单壁纳米管内部、密封环境下的独特性。Talyzin认为:新材料看上去很有开发价值,但是,在物理和化学领域内还有很多跨学科的工作等着我们去做,合成石墨烯纳米带仅仅只是个开端。现在,我们要研究它的电、磁、化学性质以及如何在实际应用中使用其混杂物等相关问题。


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