來自NUST MISIS無機納米材料實驗室的科學家及國際同行已經(jīng)證明通過拉伸納米管可以改變其結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性能。這一發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用在電子和高精度傳感器上，如微處理器和探測器。這篇研究文章發(fā)表在Ultramicroscopy上。

碳納米管可以表示為以一種特殊方式卷起來的石墨烯薄片。它有不同的折疊方式，導(dǎo)致石墨烯邊緣以不同角度相互連接，形成扶手椅、之字形或手性納米管。

納米管具有高導(dǎo)電性，因此在電子和傳感器領(lǐng)域被認為是一種很有前途的材料。高導(dǎo)電性使得它能夠在微處理器和高精度探測器上得到廣泛的應(yīng)用。然而，在生產(chǎn)過程中卻很難控制納米管的導(dǎo)電性。具有金屬和半導(dǎo)體特性的納米管可以生成一個陣列，而基于微處理器的電子器件要求半導(dǎo)體納米管具有相同特性。

Dmitri Golberg教授領(lǐng)導(dǎo)的NUST MISIS無機納米材料實驗室同日本、中國、澳大利亞的研究小組，共同提出了一種方法，可以修改現(xiàn)成納米管的結(jié)構(gòu)，從而改變其導(dǎo)電性能。

納米管是由石墨烯的片層卷曲而成，它的基本單元是一個頂點為碳原子的正六邊形網(wǎng)格。如果將納米管中的一個碳鍵旋轉(zhuǎn)90度，就會形成一個五邊形和一個七邊形而不是六邊形，在這種情況下就會形成所謂的Stone-Wales缺陷。在一定條件下，這種缺陷可能發(fā)生在結(jié)構(gòu)中。

NUST MISIS無機納米材料實驗室的納米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施理論材料科學項目負責人及副教授Pavel Sorokin講。“90年代末，研究人員預(yù)測在機械應(yīng)力作用下，這種缺陷沿高溫納米管壁的遷移可能導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的改變, 納米管的手性的連續(xù)變化，導(dǎo)致其電子性能的變化。這一假說此前并沒有被實驗所證實，但我們的研究論文提供了令人信服的證據(jù)?！?/p>

來自NUST MISIS無機納米材料實驗室的科學家已經(jīng)在原子水平上進行了實驗?zāi)M。首先，納米管被拉伸形成了一個由兩個五邊形和兩個七邊形組成的結(jié)構(gòu)缺陷(Stone-Wales缺陷)。在這個缺陷中，納米管的拉伸開始“擴散”到兩側(cè)，使其重新排列其他碳鍵。正是在這個階段，納米管的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。隨著進一步拉伸，越來越多的Stone-Wales缺陷開始形成，最終導(dǎo)致納米管電導(dǎo)率的變化。

“我們負責在NUST MISIS實驗室的一臺超級計算機上對這一過程進行理論建模，并負責實驗部分新材料的建模和開發(fā)。我們很高興模擬結(jié)果支持實驗數(shù)據(jù)。”NUST MISIS無機納米材料實驗室的物理和數(shù)學科學的候選人及研究員Added Dmitry Kvashnin講。

這項技術(shù)可以幫助“金屬”納米管結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，進一步應(yīng)用于半導(dǎo)體電子和傳感器，如微處理器和超靈敏探測器。