Only Perception: 科學家發現如何為奈米碳管「配管」

2008-01-11

科學家發現如何為奈米碳管「配管」

Plumbing Carbon Nanotubes
http://www.physorg.com/news118920838.html

January 07, 2008
By Laura Mgrdichian

科學家已確定如何將奈米碳管如同水管般連接在一起，這樣的功績將導致全新一群由下到上進行改變的奈米結構與裝置產生。

來自於日本產業技術綜合研究所（National Institute of Advanced Industrial Science and Technology）的研究者能利用一種他們所開發的技術，將相似或相同直徑之奈米碳管「配管（plumb）」。他們預期他們的方法將能用在未來奈米碳管的無縫接合上，不管它們的直徑為何。

"我們的方法能允許創造出較長的奈米碳管，甚至具有多重分枝，" 該研究的通訊作者 Chuanhong Jin 表示。"這種結構能有許多應用，例如場效應電晶體或目前的導線（lead-wires）。"

該研究在 Nature Nanotechnology 的一篇論文中描述。

透過穿透式電子顯微鏡（TEM），他們能在過程發生時觀察它，Jin 等人先藉由將其架在二電極上，並施以高電流，進而切開一根奈米碳管。這導致奈米碳管中央逐漸變細，直到它最後分離，產生直徑相等且末端封閉，或稱「加蓋（capped）」之奈米管。

將加蓋末端相互移近，而通過電極的電壓緩慢從 0 上升。在某個電壓與電流的閾值上，二根奈米管會突然又接在一起。由於這個過程如此迅速，以致於 Jin 等人仍不知它如何發生。

研究者發現他們能在同樣的奈米管上重複分開／接合過程數次；到目前為止是 7 次。

該小組亦嘗試將不同直徑的奈米碳管接合，不過並沒有成功。每次嘗試時，在某一電壓與電流閾值下，較大奈米管的蓋子上會發生一種顯著變形。奈米管接著會分離，將彼此扯開，而兩邊奈米管的蓋狀結構看起來會改變，導致長度縮短。企圖改變位置並接合奈米管會產生同樣結果。

"要接合直徑完全不同的二根奈米碳管，在本質上來看很困難，" Jin 說。

難處看來是由奈米管的「手性（chiralities，對掌性）」所引起 -- 不管碳原子是否以鏈狀直接與奈米管結合，或是以鏈狀在奈米管上盤繞。二根奈米管是以同一根母奈米管製成，具有相同的手性，不過不同直徑的奈米管則很罕見（相同手性）。這不相配會在科學家迫使奈米管合併時，在原子層次上引起麻煩。

不過科學家想出了解決之道：將鎢原子插入二奈米管間以催化此一過程。大家已知鎢能幫助碳原子「石墨化」，或著將它們以井然有序的結構排列，而且鎢也能夠在結晶形式的碳，也就是石墨中發現。在退火過程中，藉由將此粒子前後移動，奈米管可無縫接合。

※ 或許該請教水電師父、琉璃師父 :)

＊ Plumbing carbon nanotubes
http://www.nature.com/nnano/journal/v3/n1/abs/nnano.2007.406.html