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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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【分享】碳納米管陣列雙螺旋研究獲進(jìn)展 已有4人參與
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碳納米管陣列雙螺旋研究獲進(jìn)展 來源:科學(xué)網(wǎng)  圖1 (A)雙壁/多壁碳納米管陣列的雙螺旋結(jié)構(gòu)的合成策略；(B)單壁碳納米管陣列的雙螺旋結(jié)構(gòu)的合成策略 將碳納米管纏繞形成螺旋結(jié)構(gòu)，可以使其在電學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出奇特的性能。例如通過調(diào)節(jié)螺旋碳納米管的扭曲度，可使其體現(xiàn)為半導(dǎo)體性或金屬性；在螺旋碳納米管上加載電流可以產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，從而提供了開發(fā)納米器件的新組件。目前，科學(xué)家們通過在反應(yīng)過程中引入電磁場(chǎng)或特定的化學(xué)物質(zhì)合成螺旋狀的碳納米管。但是迄今為止，得到的螺旋管多為單螺旋。如果能將碳納米管組裝成類似DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這樣能夠提供新的平臺(tái)納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行碳納米管的性能及應(yīng)用探索。 清華大學(xué)化學(xué)工程系魏飛研究小組和沈陽金屬所的先進(jìn)炭材料部合作，利用層狀金屬氫氧化物作為催化劑，通過一種原位生長(zhǎng)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，直接合成了雙壁/多壁碳納米管陣列的雙螺旋組裝結(jié)構(gòu)(圖1A)。層狀金屬氫氧化物經(jīng)過煅燒、還原后，可在其產(chǎn)物——層狀金屬氧化物片的兩側(cè)形成高密度的金屬納米顆粒，為碳納米管提供生長(zhǎng)位點(diǎn)。碳納米管陣列沿垂直于層狀金屬氧化物片的方向生長(zhǎng)并延伸，在受限空間下為緩解生長(zhǎng)過程中的應(yīng)力，碳納米管陣列將自纏繞形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種方法較為容易合成多壁或雙壁碳納米管雙螺旋。 為了進(jìn)一步獲得單壁碳納米管雙螺旋陣列，需要在生長(zhǎng)基片上獲得小粒徑、高密度的金屬催化劑。清華大學(xué)化學(xué)工程系魏飛研究小組和德國馬普協(xié)會(huì)FritzHaber研究所合作，采用金屬在原子層次上均勻分布的層狀金屬氫氧化物作為前驅(qū)物，通過主客體化學(xué)方法控制層間陰離子種類，獲得了密度在1014-1016m-2金屬催化劑顆粒。由于釘扎作用能有效阻止納米顆粒的聚并，從而基片上顆粒粒徑小，高溫?zé)岱�(wěn)定性好。這提供了制備單壁碳納米管雙螺旋的優(yōu)異催化劑。 性能測(cè)試表明，碳納米管陣列雙螺旋可以負(fù)荷高達(dá)1.8×106nA的電流值，并通過液相收縮進(jìn)一步降低其電阻；該雙螺旋結(jié)構(gòu)還具有良好的結(jié)構(gòu)延展性，通過拉伸可以得到碳納米管纖維。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在德國《應(yīng)用化學(xué)》和《美國化學(xué)會(huì)志》上。目前此研究組正在著手碳納米管雙螺旋的手性、定向排列以及編織，拓展這種三維納米結(jié)構(gòu)在電磁納米器件、多相催化、復(fù)合材料、能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用。 |
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