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潮科技 | 拉伸纳米管可控制其电导率,有望应用于高精度传感器

发布时间:2019-01-02 访问次数:354次 来源:印刷电子在线 分享:

来自NUST MISIS无机纳米材料实验室的科学家和他们的国际同事已经证明,通过拉伸碳纳米管,可以改变其结构和导电性能。

这可能将纳米管的应用扩展到电子和高精度传感器,如微处理器和高精度检测器。这篇研究文章发表在《超微显微镜》上(“原位瞬变电磁法探测发现的单个少壁碳纳米管的手性跃迁和输运特性”)。

碳纳米管可以表示为以一种特殊方式卷起来的石墨烯薄片。它有不同的“折叠”方式,导致石墨烯边缘以不同角度相互连接,形成扶手椅、之字形或手性纳米管(图1)。

图1: 不同类型的纳米管: 1)锯齿状的,2)手性的,3)扶手椅(或齿状的)

纳米管被认为是一种很有前途的材料,可用于电子和传感器,因为它们具有高导电性,这在微处理器和高精度探测器等领域很适用。
然而,在生产碳纳米管时,很难控制它们的导电性。具有金属和半导体特性的纳米管可以长成一个阵列,而基于微处理器的电子要求具有相同特性的半导体纳米管。
NUST MISIS无机纳米材料实验室的科学家与日本、中国和澳大利亚的一个研究小组共同提出了一种方法,该方法允许修改现成纳米管的结构,从而改变其导电性能。
“纳米管是一个折叠的石墨烯层,它的基础是一个正六边形网格,顶点是碳原子。”如果将纳米管中的一个碳键旋转90度,就会形成一个五边形和一个七边形而不是六边形,在这种情况下就会形成所谓的石威尔士缺陷。在一定条件下,这种缺陷可能发生在结构中。早在90年代末,这是预测,这个缺陷的迁移沿墙的高度激烈的纳米管的应用机械应力可能导致其结构的变化——一个连续的纳米管的手性的变化,从而导致其电子特性的变化。自然与数学科学博士、NUST MISIS无机纳米材料实验室“纳米结构理论材料科学”基础设施项目负责人、副教授Pavel Sorokin说。
来自NUST MISIS无机纳米材料实验室的科学家已经在原子水平上进行了实验模拟。首先,纳米管被加长,形成了第一个由两个五边形和两个七边形组成的结构缺陷(一个Stone-Wales缺陷,图2a),在这个缺陷中,管的加长开始向两侧扩散,重新排列其他碳键(图2b)。正是在这个阶段,纳米管的结构发生了变化。随着进一步拉伸,越来越多的石威尔士缺陷开始形成,最终导致纳米管电导率的变化(图2)。

图2: 在原子水平上进行实验模拟的情况

“我们负责在NUST MISIS实验室的一台超级计算机上对这一过程进行理论建模,并为实验部分的工作开发新材料。我们很高兴模拟结果[支持]实验数据”,研究工作的合著者,物理和数学科学的候选人,NUST MISIS无机纳米材料实验室的研究员Dmitry Kvashnin补充道。
该技术可以帮助金属纳米管的结构转化,进一步应用于半导体电子和传感器,如微处理器和超灵敏探测器。