一维碳纳米材料，包括碳纳米管（CNTs）及碳纳米纤维（CNFs），以其优异和独特的性能，以及在纳米电子和纳米器件等领域的潜在应用前景，受到了国际上的广泛研究。日前，武汉大学物理科学与技术学院潘春旭课题组通过强磁场辅助化学气相沉积法（CVD）成功的实现了对CNFs的生长方向、形貌、微结构的可控制备。相关成果近期发表于《Scientific Reports》（ 2015， 5， 9062）。

众所周知，通过施加电场或磁场可以有效地控制一维碳纳米材料的生长过程。其中对电场控制碳纳米管生长的研究较多。潘春旭课题组在前期研究中发现外加电场不仅影响碳纳米管的生长方向，而且能影响其直径、有序度以及微结构。与电场相比，研究磁场对一维碳纳米材料生长的诱导作用较少，这可能与在制备过程中磁场较难施加，以及磁场的大小较难控制等因素有关。

一般施加磁场的方法为：制备前引入、制备中加入和制备后引入三种。制备前引入是通过磁场控制催化剂的沉积方向来影响一维碳纳米材料的生长方向。制备中引入是在一维碳纳米材料的生长过程中直接引入磁场。制备后引入根据CNTs径向和横向的磁化各向异性，或者通过磁性材料修饰，然后施加磁场对一维碳纳米材料进行诱导有序排列。实际上，对一维碳纳米材料生长的调控，最好是在制备时引入磁场。到目前为止，磁场对CNTs生长的作用已经有了较多的研究，然而所用的磁场均较小，特别是中心磁场小于0.01 T。另外，磁场对CNFs生长的作用研究还较少，而且相关的机理解释还不够完善。

课题组硕博连读生罗成志等人创新性地将强磁场（0.5 T）原位引入CVD系统中成功实现了对CNFs的生长方向、形貌、微结构的可控制备。他们发现强磁场除了能够控制CNFs的生长方向以外，还能调控CNFs的直径，以及碳原子排列的有序度，即从“实心”无序结构向“竹节状”有序结构转变。另外，他们还提出了新的磁场诱导CNFs生长的机理，认为CNFs在磁场中的形貌及微结构转变的原因是碳原子的抗磁性使之在析出过程中具有方向选择性。

这项研究为一维碳纳米材料的可控制备提供了新的思路，期望在微纳电子和微纳器件方面有重要的应用前景。

文章链接：Strong magnetic field-assisted growth of carbon nanofibers and its microstructural transformation mechanism

图1：强磁场辅助CVD系统的示意图及实物图。

图2：强磁场对CNFs的形貌影响。

图3：强磁场对CNFs的微结构影响。

图4：在强磁场下CNFs微结构转变的机理图