研究人员解决了阻碍技术革命的难题

诸平

Artistic rendition of a metallic carbon nanotube being pulled into solution, in analogy to the work described by the Adronov group. Credit: Alex Adronov, McMaster University

    据物理学家组织网（phys.org）2016年8月16日转载来自加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）提供的消息，该大学的亚历克斯·阿德罗诺夫（Alex Adronov）教授的研究小组描述他们将具有艺术美感的金属碳纳米管（metallic carbon nanotube）推入到溶液中进行分离的过程。相关研究结果已于8月16日作为欧洲《化学》（Chemistry– A European Journal）杂志的封面插图发表——Darryl Fong, WilliamJ. Bodnaryk, Dr. Nicole A. Rice, Sokunthearath Saem, Prof. Jose M. Moran-Mirabal, Prof. Alex Adronov. Influence of Polymer Electronics on Selective Dispersion of Single-Walled Carbon Nanotubes. Chemistry– A European Journal, First published: 16 August 2016, DOI: 10.1002/chem.201602722.

可以想象一张电子报纸,你可以将其卷起，而且在其上面溢溅上咖啡,恰好此时它就在你的眼前呈现出一种新状态。这就是一直蓄势待发的技术革命（technological revolution）的一个例证。其中有一个大问题,科学家至今一直未能解决。

麦克马斯特大学的研究人员通过已经开发的一种净化碳纳米管（carbon nanotubes）新方式清除了障碍,碳纳米管是更小、更灵敏的半导体。预计其将取代电脑芯片和广泛的电子产品中的硅片完全有可能。

麦克马斯特大学的化学教授亚历克斯·阿德罗诺夫说：“一旦我们有可靠来源的纯碳纳米管，而且其成本不是很贵,有很多事可能会快速发展。”亚历克斯·阿德罗诺夫的研究团队开发了一种新型的，而且是潜在的有成本效益的方法来纯化碳纳米管。

碳纳米管都很微小，是具有柔性的导电纳米材料,预期通过代替大得多的硅基芯片，将导致电脑和电子产品的彻底变革。然而,阻碍新技术的一个主要问题就是已被攻克的金属和半导体碳纳米管的纠缠,因为金属和半导体碳纳米管在产生微观结构的过程中同时形成。形成微管结构的过程通常涉及到加热含碳气体,而自发形成的混合纳米管簇是以炭黑（black soot）的形式存在。

在设备应用上只有纯半导体或金属纳米管才是有效的,但对其有效地分离已被证明是一个需要克服的具有挑战性的问题。即使纳米管炭黑被磨碎, 在每一粒粉末中半导体和金属纳米管还是纠缠在一起。虽然这两种组分都是值钱的货,但是前提是将其分离开。世界各地的研究人员花费了数年时间，试图找到有效和高效的方法来分离碳纳米管，使其实现价值最大化。

虽然以前研究人员已经制备出可以允许半导体碳纳米管溶解并冲走的聚合物,将金属纳米管留下来,但是，还没有将纳米管混合物溶解之后，使金属纳米管分散于溶剂，易被冲走；留下半导体结构。现在, 亚历克斯·阿德罗诺夫研究小组已经设法成功地扭转了已知聚合物的电子特性，可以实现半导体纳米管的分散,同时保留其聚合物其余结构不受影响。通过这样做,他们已经逆转纳米管混合物的溶解过程, 使金属纳米管分散于溶剂，留下半导体纳米管。

研究人员和专家密切合作，而且设备来自加拿大麦克马斯特大学的工程学院（McMaster's Faculty of Engineering）和位于麦克马斯特大学校园内的加拿大电子显微镜中心（Canada Centre for Electron Microscopy）。亚历克斯·阿德罗诺夫说：“全球像这样跨学科合作开展研究工作的地方并不多见。”他解释道,对于他的研究团队或其他研究人员来说，未来的工作就是通过寻找开发更高效聚合物的方法来进行拓展此项研究，并进行放大实验使其早日实现商业化生产。

更多信息请注意浏览原文或者碳纳米管的“墨水”可能导致更薄、更轻的晶体管和太阳能电池（Carbon nanotu be 'ink' may lead to thinner, lighter transistors and solar cells）