德國的研究人員根據雙碳納米管內、外壁電子類型(半導體或金屬)首次完成了雙壁碳納米管(DWCNTs)的分離。如今,用這種方法分離不同類型的碳納米管意味著可以更詳細地研究這些材料。這對于新型設備的發展是至關重要的。比如說碳納米管場效應晶體管(CNT-FETs),它們來自半導體管,甚至是基于全金屬納米管的超導體。

一種碳納米管的內外壁結構
雙壁碳納米管擁有獨特的納米結構,由兩個同心的單壁納米管(SWCNTs)組成。單壁納米管是直徑只有約1nm的管子,由一個原子厚度的碳原子層面卷制而成。
碳納米管可以被定義為四種不同的電子類型,這是由構成的內壁和外壁來共同定義的。內壁和外壁都可以是金屬(M)或半導體(S)。對內壁外壁來說,這樣就給出了四種可能出現的電子類型的組合,可以表示為M@M, S@M, M@S 和 S@S。
來自Karlsruhe理工學院,該項目的負責人Benjamin Flavel說,“內壁外壁之間物理性能和電學性能的耦合必將會產生新的特性。所以說雙壁碳納米管(DWCNTs)必須被看成是一種新型的納米結構材料,不僅僅是兩種單壁碳納米管的簡單組合。這些新的特性將在未來的碳科學中開辟出令人振奮的途徑,比如說在M@M型雙壁碳納米管中存在的超導性。”
實驗平臺及新的應用
“雙壁碳納米管是多壁碳納米管的最簡單形式,通過 拉曼光譜技術,在實驗平臺上對兩個在軸向相互作用的碳納米管的物理性能進行了研究。在未來,發現這些材料的新特性將會是一件非常有意思的事情”。
當雙壁碳納米管是純粹的半導體S@S型時可以被很好的應用,比如說CNT-FETs,可以作為生物和化學的傳感器。在此類傳感器中外壁作為支架既可以進行受體分子修飾又可以選擇性的保護內壁免受外界環境的影響。然而,到目前為止,只能根據它們的外壁電子類型分離DWCNTs。
新方法利用表面活性劑
現在,Flavel和他的同事們利用半導體和金屬內壁、外壁電子類型,利用表面活性劑的技術,成功地對雙壁納米管進行了分離。這種方法不僅可以在水溶液中將未分類的DWCNTs分開,而且還可以分離它們自己。這種方法已經證明,在SWCNTs研究中是非常成功的。
Flavel解釋說:“表面活性劑在碳納米管周圍形成膠束,表面活性劑蓋在管子周圍的方式以及形狀都取決于碳納米管的電子式。隨后,我們利用表面活性劑結構的差異,將被活性物質包覆碳納米管與其他介質(如凝膠柱)進行相互作用,從而按類型分離它們。分離的結果是M@M, S@M, M@S 和 S@S 電子類型。”
對內墻更加敏感
“由于表面活性劑殼僅與雙壁碳納米管的最外層接觸,所以過去認為外殼的形狀和結構完全由外壁定義。然而,在現實中,兩壁之間存在著一種電子相互作用。因此我們利用這一事實來改善實驗條件,更加重視內壁發揮的作用。盡管我們只與外墻接觸。”
該小組包括柏林Freie大學、亥姆霍茲研究所和達姆施塔特大學的研究人員,目前正在嘗試用定義的 手性制備DWCNTs。(納米管的手性或者說是利手性是六角晶格的相對取向。其中納米管碳片中的原子排列在管的軸上,它決定管是金屬還是半導體。)
Flavel說,“對于多壁碳納米管來說這是可行的,并且現如今我們可以進入雙壁碳納米管的內墻。這樣就更有理由相信這對于雙壁碳納米管來說也是可行的。然而,在表面活性劑外殼包裹著不同的DWCNT電子類型時,它的大直徑和微小的差異將會使這一問題更具挑戰性。”
來源:材料科技在線
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