作者：中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司 來源：http://www.sikpqwc.cn 日期：2018-05-08 09:35:26
萊斯大學(xué)和斯旺西大學(xué)的科學(xué)家對(duì)碳納米管進(jìn)行凈化，并在凈化前后用隧道掃描顯微鏡上的鎢探測器測試碳納米管的導(dǎo)電性能。上面幾幅圖片展示了一個(gè)探測器固定在碳納米管末端，另一個(gè)在碳納米管上移動(dòng)的場景。
碳納米管在促進(jìn)電子學(xué)的發(fā)展時(shí)面臨著兩個(gè)主要障礙，一是如何將碳納米管放置在合適的位置，二是如何將半導(dǎo)體和金屬性質(zhì)的碳納米管分開。
我們并不清楚這些問題的解決是否會(huì)使碳納米管成為電子學(xué)在后硅時(shí)代的萬能鑰匙。但是盡管這些問題沒有成熟的解決方案，研究者們還是提出了一些想法。而另一個(gè)問題就不是這樣：如何得到均勻的電阻測量值。
同時(shí)在萊斯大學(xué)和英國斯旺西大學(xué)任教的Andrew Barron指導(dǎo)著這兩所學(xué)校的研究團(tuán)隊(duì)，這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究表明潔凈程度是精確測量碳納米管電阻的關(guān)鍵。在此過程中，研究者們可能有了一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)：利用碳納米管，研究可以進(jìn)入納米尺度，這將為電子學(xué)帶來遠(yuǎn)大的前景。
在Nano Letters期刊描述的研究中，Barron團(tuán)隊(duì)完成了對(duì)多壁碳納米管和單壁碳納米管的電阻測量，他們用了各種方式來清潔碳納米管中的污染物，整個(gè)過程十分耗費(fèi)精力。最終結(jié)果表明他們清除的污染物越多，電阻測量值就越精確，越穩(wěn)定。
具有半導(dǎo)體性質(zhì)的碳納米管應(yīng)該和其他電線具有一樣的電阻性質(zhì)：即電阻隨著長度增加穩(wěn)步提升。然而事實(shí)并不是這樣。
根據(jù)Barron的說法，一個(gè)原因就是碳納米管有很多雜質(zhì)，而人們也同樣有很多清潔碳納米管的方式。
為了得到清潔的碳納米管，Barron團(tuán)隊(duì)將目光投向了單個(gè)碳納米管。Barron說“通常來說，碳納米管的電阻是通過測量一束碳納米管得到的，測量單個(gè)碳納米管的電阻得到穩(wěn)定結(jié)果說明我們可以理解潔凈是多么重要的一件事。”
清潔過程通過對(duì)碳納米管進(jìn)行真空加熱或者氬離子轟擊開始，這兩種操作可以對(duì)碳納米管的表面進(jìn)行清潔。在這一點(diǎn)上，他們可以將探測器放置在碳納米管的兩端來測量電阻，正如我們平時(shí)測量導(dǎo)線電阻一樣。當(dāng)然，不同之處是因?yàn)樘技{米管很小，鎢探測器需要有掃描隧道顯微鏡才能固定住。
碳納米管的污染物都清除掉之后，電阻就隨著材料的長度增加而變大，正如一般材料應(yīng)該表現(xiàn)的那樣。然而，一點(diǎn)點(diǎn)污染物就可以使碳納米管電阻的測量結(jié)果發(fā)生巨變，這也表明了得到穩(wěn)定可靠的測量結(jié)果為什么如此困難。
在用不同的溫度加熱碳納米管（術(shù)語稱作回火）之后，研究者確定用500攝氏度（932華氏度）來加熱，這樣可以保證足夠多的污染物都被清除掉，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的電阻測量值。
在達(dá)到這種清潔程度之后，不用摻雜或者其他手段，我們就可以得到期望中碳納米管所具有的導(dǎo)電性能了。根據(jù)Barron的說法，如果CNT足夠潔凈，就可以調(diào)整接觸點(diǎn)來調(diào)整碳納米管的導(dǎo)電性能。這就引出了這樣的想法：碳納米管制造的電子產(chǎn)品的大小可能有一個(gè)極限。
Barron認(rèn)為這個(gè)極限似乎是由接觸面周圍的耗盡層決定的。耗盡層是在材料的導(dǎo)電區(qū)域中所有的帶電體都清除后出現(xiàn)的。在碳納米管中，如果接觸點(diǎn)距離小于一微米，耗盡層就會(huì)重合，使得材料的電學(xué)性質(zhì)由導(dǎo)體變?yōu)榘雽?dǎo)體。
Barron補(bǔ)充道：“我們正在觀察一系列接觸點(diǎn)來確定這個(gè)區(qū)域的尺寸是否會(huì)變小。”
Barron認(rèn)為這項(xiàng)工作加深了我們對(duì)碳納米管基本性質(zhì)的理解，并且與理論工作不同，這完全是實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來的。
為了進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，Barron正在尋求和其他研究者以及工業(yè)界的合作。他們可以一起進(jìn)行對(duì)單個(gè)碳納米管和碳納米管設(shè)備的精確測量，這樣就可以對(duì)碳納米管在電子學(xué)應(yīng)用中的極限和潛力有更好的理解。
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