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纳米管结构的形变可导致其电导率发生变化

2018-12-27

[据物理学组织网站2018年10月24日报道]来自NUST MISIS无机纳米材料实验室的科学家及国际同行已经证明通过拉伸纳米管可以改变其结构和导电性能。这一发现可以应用在电子和高精度传感器上,如微处理器和探测器。这篇研究文章发表在Ultramicroscopy上。

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。

纳米管具有高导电性,因此在电子和传感器领域被认为是一种很有前途的材料。高导电性使得它能够在微处理器和高精度探测器上得到广泛的应用。然而,在生产过程中却很难控制纳米管的导电性。具有金属和半导体特性的纳米管可以生成一个阵列,而基于微处理器的电子器件要求半导体纳米管具有相同特性。

Dmitri Golberg教授领导的NUST MISIS无机纳米材料实验室同日本、中国、澳大利亚的研究小组,共同提出了一种方法,可以修改现成纳米管的结构,从而改变其导电性能。

纳米管是由石墨烯的片层卷曲而成,它的基本单元是一个顶点为碳原子的正六边形网格。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Stone-Wales缺陷。在一定条件下,这种缺陷可能发生在结构中。

NUST MISIS无机纳米材料实验室的纳米结构基础设施理论材料科学项目负责人及副教授Pavel Sorokin讲。“90年代末,研究人员预测在机械应力作用下,这种缺陷沿高温纳米管壁的迁移可能导致其结构的改变, 纳米管的手性的连续变化,导致其电子性能的变化。这一假说此前并没有被实验所证实,但我们的研究论文提供了令人信服的证据。”

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,纳米管被拉伸形成了一个由两个五边形和两个七边形组成的结构缺陷(Stone-Wales缺陷)。在这个缺陷中,纳米管的拉伸开始“扩散”到两侧,使其重新排列其他碳键。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Stone-Wales缺陷开始形成,最终导致纳米管电导率的变化。

“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,并负责实验部分新材料的建模和开发。我们很高兴模拟结果支持实验数据。”NUST MISIS无机纳米材料实验室的物理和数学科学的候选人及研究员Added Dmitry Kvashnin讲。

这项技术可以帮助“金属”纳米管结构的转变,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。(工业和信息化部电子第一研究所 李茜楠)

(来源:国防科技信息网

 

 



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