http://www.physorg.com/news159022294.html
April 15th, 2009
Rice 大學的科學家發現一種為飛機、平面電視、電子裝置以及其他包含一張張堅韌導電材料之產品創造出基本元素的簡單方法。
而這種製程始於... 拉鍊（zipper）。
由 Rice 大學實驗室的 James Tour 教授所完成的研究，那已成為 4/16 當期 Nature 的封面文章，發現一種室溫化學過程，那能夠分裂，或拉開（unzips），奈米碳管以製造平坦的奈米帶（nanoribbons）。這種技術使得大量製造超薄帶狀物成為可能。
這些帶狀物是一片片有筆直邊緣的石墨薄片（graphene，石墨烯），可在鉛筆中找到的一般石墨的單層形態。你得並排數千張石墨薄膜才能與人類頭髮相等，但測試證明石墨烯比鋼鐵強上 200 倍。
"如果你要製造導電薄膜，這就是你想要的，" Tour，Rice 的 Chao 化學教授，同時也是機械工程與材料科學以及電腦科學教授。"一旦我們開始談起這種製程，我們馬上就接到認出其潛力的製造者的電話。"
這種製程涉及硫酸與高錳酸鉀（potassium permanganate），那自 1890 年代開始就經常使用。這種化學連擊（one-two punch）攻擊單或多層奈米碳管，與碳架構起反應，並將它們拉開成一直線。
拉開動作可始於端點或中間，不過結果都一樣：管狀物成了平坦的、筆直邊緣的、可溶於水的石墨烯帶狀物。當大量製造時，這些微小的薄片可以被「塗刷」在某一表面上，或與某聚合物結合讓它們具有導電性。
奈米管已為了那種目的而被使用。"但是當你堆疊兩個圓柱體，接觸的面積卻很小，" Tour 表示。"如果你將這些帶狀物堆疊成薄片，你有非常大的重疊面積。如同某種材料的添加劑，它能夠（做得）非常大，尤其是導電材料。"
他因這項發現而讚揚 Rice 博士後研究助理 Dmitry Kosynkin。Kosynkin 是這篇 Nature 論文的領導作者，其他貢獻者包括 Amanda Higginbotham、Jay Lomeda 與 B. Katherine Price 這三位畢業生，以及博士後研究 Alexander Sinitskii，訪問科學家 Ayrat Dimiev 以及 Tour。
Kosynkin 在研究牽涉到奈米管的氧化過程時得到此一發現。"Dmitry 跑來找我並說他得到奈米帶了，" Tour 回想。"那花了一段時間來說服我，但我一看到它們就知道這是一件大事。"
幾乎所有接受實驗的奈米管都被拉開成為石墨烯帶狀物，Tour 說，而且不管單層或多層，基本過程都一樣。單壁奈米碳管在室溫下轉換成薄片，而且適合小型電子裝置，因為被拉開的薄片其寬度可高度控制。不過多壁奈米管是更加便宜的起始材料，而產生的奈米帶在許多應用中都十分有用。
這就是為何 Tour 大量積聚（banking on bulk）、藉由處理多壁奈米管而成為可能，那在攝氏 54.4 度到 70 度間於一小時內拉開。（到目前為止這種材料的製造若超過微量，就涉及到某種超過攝氏 58.56 度的化學蒸鍍 (chemical vapor deposition，CVD) 過程）。"多壁奈米碳管"是一種同軸管，與俄羅斯套疊娃娃一樣，" 他說。"在反應過程期間，我們切穿了 20 層，每次一層。"
起先，這種分離奈米帶的製程 "涉及許多過度洗滌，" 他說。"但我們發現一種更簡便的方式，我們需要這麼做才能讓業界開始從這談起。"
"如果一家公司想要製造這些，他們或能在六個月內開始銷售少量。為了擴大規模並成噸銷售，那可能要花上幾年。那不過是個有沒有正確的反應器的問題罷了。不過化學作用就是這些了。那非常簡單。"
Tour 對於具傳導性的奈米帶可能取代氧化銦錫（ITO）感到相當振奮，這種材料常用在平面顯示器、觸控面板、電子墨水與太陽能電池。"ITO 相當昂貴，所以有很多人在尋找能夠賦予他們透明度加上導電性的材料，" 他說。
"人們得要製造能夠符合要求的薄膜，不過我認為這將使得更薄的薄膜成為可能，具有相同的導電性或甚至更好。"
他展望塗布奈米帶的紙，那成為一種可撓電子顯示器，而他已經利用填充奈米帶的墨水在噴墨印表機上實驗過了。"我們把電晶體以及 RFID 列印出來，以這些墨水印出電子裝置，" 他說。
"對許多應用而言，這種新材料有許多可能性。"
Tour 表示目前正與數家公司進行商談，看看是否能大規模生產奈米帶，或著將奈米帶用於其核心製造技術的其他特殊應用。正式產業合夥可透過 Rice 的技術轉移辦公室。
※ 相關報導：
＊ Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons
http://www.nature.com/nature/journal/v458/n7240/abs/nature07872.html
Dmitry V. Kosynkin, Amanda L. Higginbotham,＊ ROLLED「印出」OLED 彈性顯示器
Alexander Sinitskii, Jay R. Lomeda, Ayrat Dimiev,
B. Katherine Price & James M. Tour
Nature 458, 872-876 (16 April 2009)
doi: 10.1038/nature07872
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