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[转载][新思路]新材料实现金属半导体性最优化: 热度 1 yanjiesu 2011-2-19 10:41; 据美国物理学家组织网2月17日（北京时间）报道，最近，科学家研制出了金属性和半导体性之间平衡达到最优化的新式碳纳米管，并使用这种纳米管制造出了薄膜晶体管（TFT），未来有望研制出诸如电子书和电子标签等高性能、透明的柔性设备。日本名古屋大学的科学家孙东明（音译）和同事以及芬兰阿尔托大学科学家在最新一期《自然—纳米技术》杂志上，介绍了用这种新碳纳米管制造薄膜晶体管和柔性集成电路的研究。碳纳米管的电子属性可以分为金属性和半导体性两种，且这两种属性的碳纳米管相互“粘连”成绳索状或束状，这时金属性比半导体性还要强，而只有半导体性的纳米管才可用作晶体管，这就使碳纳米管的用途大打折扣。尽管金属性可增加晶体管载荷子的运动能力，但它也能降低晶体管的开关频率。最新研究中，科学家研发出了一种制造碳纳米管的新方式，让纳米管的金属性和半导体性之间的平衡达到了最优化。新纳米管网络中包含有直的、相对较长（10微米）的纳米管（其中30%是金属），而且，新网络的纳米管之间Y形接口比X形接口多，其电阻也更低。科学家使用这种新纳米管网络制造出了薄膜晶体管，与以前的纳米晶体管相比，新晶体管的载荷子运动能力和开关频率都很高。研究人员表示，运动能力高主要得益于纳米管网络独特的形态；开关频率高则源于构造过程可以控制金属纳米管的密度，使其密度更低。科学家还制造出了能处理顺序逻辑的集成电路，这是迄今为止首个基于碳纳米管的顺序逻辑集成电路。在该电路中，输出值不仅取决于当前的输入值，也取决于历史输入值，这使其具有存储或者记忆能力。该研究的联合作者、名古屋大学教授大野裕表示，通过让制造过程规模化并使用改进后的印刷技术，科学家可以使用这些基于纳米管的薄膜晶体管，制造出廉价的柔性电子产品，比如智能手机和电子纸等。并有望在5年内实现商业化生产。（来源：科技日报刘霞）; 个人分类: 科技杂谈|3100 次阅读|4 个评论

一篇ACS Nano刚接受，关于SWNT催化生长: Synthon 2010-2-19 03:54; 探讨了Co催化单壁碳纳米管（SWNT）生长过程中的活性组分，并揭示了为啥Co/SiO 2 催化剂多年以来无法催化生长SWNT的原因（参考：Kong, J.; Cassell, A.M.; Dai, H.J. Chem. Phys. Lett. , 1998, 292, 567574；Li, Q.W.; Yan, H.; Cheng, Y.; Zhang, J.; Liu, Z.F. J. Mater. Chem. , 2002, 12, 11791183 ）。具体背景和内容，待正式在线发表之后，我再结合文章介绍。上述两篇参考文献如下： CPL JMC; 个人分类: 科研涂鸦|8862 次阅读|5 个评论

这篇文章比俺的文章好在哪儿？: Synthon 2009-10-31 00:27; 刚看见一片Nature Materials的文章，怎么看都觉得赶不上俺自己的文章，尽管俺投JACS被拒了，呵呵。。。两篇文章放在这儿，有兴趣的朋友可以看看：） Linking catalyst composition to chirality distributions of as-grown single-walled carbon nanotubes by tuning Ni x Fe 1- x nanoparticles Wei-Hung Chiang and R. Mohan Sankaran Nature Materials 8 , 882 - 886 (2009) http://www.nature.com/nmat/journal/v8/n11/abs/nmat2531.html Diameter Tuning of Single-Walled Carbon Nanotubes with Reaction Temperature Using a Co Monometallic Catalyst Nan Li, Xiaoming Wang, Fang Ren, Gary L. Haller, and Lisa D. Pfefferle J. Phys. Chem. C 2009, 113, 1007010078 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp903129h; 个人分类: 科研涂鸦|5819 次阅读|4 个评论

新文推荐：单壁碳纳米管管径的调控: Synthon 2009-5-15 14:11; 刚刚浏览美国化学会最新的online文章，发现我们实验室调控单壁碳纳米管管径的文章已经可以在线阅读了（链接： http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jp903129h ）。虽然我本人并非第一作者，但是也在其中参与了很多工作，于是，忍不住在这里推荐一把：）下面介绍一下本文的一些背景：碳纳米管，特别是单壁碳纳米管（SWNT）的管径控制，自从他们被发现的那天起，就成为一个很受关注的题目。长期以来，SWNT的生产，实际上有些看运气，比如方法A生产出来的大多是1nm左右的，方法B生产出来的可能大多是1.4nm左右的，但是什么控制了SWNT的管径，以及如何有意识的通过生产条件的变化来变化SWNT管径，长期以来一直没有得到解决。首先解决这一问题的是俄克拉何马大学的Daniel Resasco教授，他将hydrotreating里面使用的Co-Mo催化剂用来催化生长SWNT，通过Mo的锚定作用，能够成功的控制Co颗粒的大小，从而控制SWNT的管径。同时，他通过对反应条件的调解，一定程度上实现了SWNT管径的调节，比如通过变化反应温度，主要产物从（6，5）型SWNT变成（7，6）型SWNT（Alvarez, W. E.; Pompeo, F.; Herrera, J. E.; Balzano, L.; Resasco, D. E. Chem. Mater. 2002 , 14, 1853）。斯坦福大学的戴宏杰教授，使用Fe-Rh催化剂，也实现了类似的效果，原理也与Co-Mo催化剂类似（Li, X. L.; Tu, X. M.; Zaric, S.; Welsher, K.; Seo, W. S.; Zhao, W.; Dai, H. J. J. Am. Chem. Soc. 2007 , 129, 15770）。但是上述SWNT的问题在于难以提纯。SWNT生长所需的催化剂通常是Fe、Co、Ni，都是很容易去除的，但是Resasco和戴宏杰为了调控管径，引入了Mo和Rh这样的重金属，但是这些金属在产品中很难除去，于是，如何使用Fe/Co/Ni单金属以及他们的合金作催化剂，而又能调节SWNT的管径，就成为一个问题。这中间，日本Kyushu大学的Ago等同志们，在Fe/MgO催化剂上生长SWNT，在改变反应温度的时候，发现产品中拉曼光谱的呼吸峰有变化，大家知道，拉曼呼吸峰很大程度上对应着SWNT的管径，但是，作者自己对此也不是很确定，文章的结论也比较模糊（Ago, H.; Imamura, S.; Okazaki, T.; Saito, T.; Yumura, M.; Tsuji, M. J. Phys. Chem. B 2005 , 109, 10035）。但是最近我的大学同学张强，通过详细的高清TEM实验，证明这一呼吸峰的变化实际上不是单壁碳纳米管管径的增大，而是从单壁碳纳米管变成了双壁和三壁碳纳米管（Zhang, Q.; Zhao, M.Q.; Huang, J.Q.; Qian, W.Z.; Wei F. Chin. J. Catal. 2008, 29, 1138.）。我们的思路，主要是在催化剂设计上面做文章。大多数SWNT生产所用的催化剂，都是把金属放在一个氧化物载体（比如氧化硅、氧化铝、氧化镁等）的表面上，而我们通过水热合成得到的Co-MCM-41催化剂，则是把金属Co放在了氧化硅载体里面，Co通过化学作用，进入氧化硅的骨架，取代了部分硅原子。这样金属的运动很大程度上受到了氧化硅骨架限制，在高温反应条件下金属的聚团得到了很好的抑制。载体对金属运动的限制，加上MCM-41特有的孔道结构的联合作用，使得调控SWNT的管径成为可能。文章的具体内容我就不在这里多说了，感兴趣的朋友可以直接看原文：）本文写成后首先投往美国化学会会志（JACS），两名审稿人一直认为，本文叙述清楚，解释合理，数据有力的支持了作者的观点，从学术上讲没有什么问题，只是潜在的读者群可能仅限于物理化学家，所以不适合JACS作为普适性化学期刊的要求，建议改投物理化学方面的期刊Journal of Physical Chemistry。Journal of Physical Chemistry的编辑看过JACS两位审稿人的审稿意见之后，决定直接接收本文。; 个人分类: 科研涂鸦|11275 次阅读|7 个评论

无催化剂CVD合成SWNT：号角又吹了两次？: 热度 1 Synthon 2009-2-7 07:00; 取这个标题，是想起来前年Nature Nanotechnology和Nano Letters两个期刊几乎同时报道用芴基分子实现单臂碳纳米管（SWNT）手性分离的成果时，黄庆兄以胜利的号角吹响了两次为题发表一博文。今天又看见两个小组几乎同时发表无催化剂的SWNT合成，于是抄袭一下黄兄的标题。两篇文章见下，均出自中国（分别是中科院沈阳金属所和温州大学），发表于美国化学学会会志（JACS），现在还都是ASAP文章。这两篇文章实在是太相似了！都是从去除SWNT中催化剂杂质的角度出发，都是用小于2nm的SiO2纳米颗粒作为SWNT生长的模板，都是在硅基板上生长SWNT，都是用甲烷作为碳源。甚至，都采用了锐器刮硅基板的方法在基板上产生了纳米颗粒！甚至，标题都只差了一个字！ SWNT的纯度，一直是阻挠SWNT应用的难题之一。目前大量的SWNT是由化学汽相沉积（CVD）的方法制备，而CVD法又似乎总是需要金属催化剂（一般来说是铁系金属，铁、钴、镍最为常见）来催化SWNT的生长，因此说，这两个小组同时发表无催化剂的CVD过程生产SWNT，对于SWNT的应用是很有意义的。他们的这一成果，看似突然，却有其必然性。长期以来，人们认为，只有能跟碳形成合金的金属（比如铁系）金属，才能有效的催化SWNT的生长。但是近年来，这种观点似乎越来越多的受到挑战。2006年，日本科学家发现（Nano Lett., 2006, 6 (12), 2642-2645 DOI: 10.1021/nl061797g），将一系列金属箔片（非常薄）镀在硅基板上，在高温下，金属箔片会慢慢演化成很小（小于2nm）的金属粒子，而这些金属粒子，无一例外的能够催化SWNT的生长。这其中既包括了铁、钴、镍等长期以来人们应用的催化剂，也包括金、银、铜、铂等被公认为不能催化SWNT生长的金属。作者认为，当这些金属粒子的尺寸足够小的时候，晶体结构会受到影响变为（部分）非晶相，从而增大了碳在金属中的溶解度。碳溶解度大的金属，比如钴，在粒子尺寸相当大的时候，仍然可以催化SWNT的生长，但是对于溶解度不大的这些金属，作者认为，不论是哪种金属，当尺寸降低到一定程度，都可以催化SWNT生长。他们又以金为例，进一步探讨了这种生长机理（Nano Lett., 2008, 8 (3), pp 832835 DOI: 10.1021/nl0728930）。并且继金属之后，又进一步发现，半导体材料的纳米粒子，在尺寸足够小的时候，一样能够催化SWNT的生长（Nano Lett., 2007, 7 (8), 2272-2275 DOI: 10.1021/nl0708011）。作者尝试了硅、锗、碳化硅等半导体材料，都成功的获得了SWNT。这一系列结果是重要的，因为SWNT的一个潜在应用就是在半导体工业，但是残留的金属催化剂往往跟半导体器件不兼容，如果能在半导体材料上直接生长SWNT，那么这一问题可望得到解决。这次发表的沈阳金属所的文献，明显的可以看到上述一系列文献的影子。他们是从硅基板上的SiO2镀层出发，发现跟日本人用金属镀层类似，在温度足够高的时候，SiO2能够演化成很小的纳米粒子，从而催化SWNT的生长。然后他们又进一步发现，锐器刮蹭，也能产生纳米粒子。说道这个刮蹭，也并不是这两个小组的原创。在美国杜克大学，liujie老师去年已经发表文章（Nano Lett., 2008, 8 (8), 2576-2579 DOI: 10.1021/nl801007r），在他们用掩模法生长取向的SWNT时（这里他们也引进了大量的非铁系金属，并且发现都可以生长SWNT，与日本人的选择不同，他们选择的这些金属基本都是非贵金属，里面甚至包括常见的镁和铝！），发现随手用刮刀一划，不但产生的纳米颗粒可以生长SWNT，而且SWNT可以沿划痕生长，非常整齐！这次发表的另外一篇文献，第一作者和通讯作者温州大学的黄少铭老师，就曾经在liujie老师的实验室工作过，我相信，这份工作，肯定也是受到了liujie实验室结果的影响。另外，从甲烷的转化来看，这些文章的反应温度都很高，足以使甲烷热解的反应发生，而甲烷热解的产物，则是碳和氢气。所以科研工作者需要做的，就是研究如何让这些碳规整的排列成碳管。而且，研究甲烷热解的科学家们早就发现（International Journal of Hydrogen Energy 26 (2001) 11651175），在甲烷热解的过程中，生成的碳会优先沉积在已有的碳上，也就是说，只要有一个好的模板，SWNT能否长得出来，就在于你肯不肯尝试了。所以，从另外一个角度来想一想，也许这次的结果早就应该发表出来，只不过没有人想过去做而已。; 个人分类: 科研涂鸦|10837 次阅读|3 个评论

说说碳纳米管表面氧化的两篇文章: Synthon 2007-9-12 06:59; 这两年碳纳米管表面修饰方面做的文章很多，作者大都claim首先在表面上氧化形成COOH集团，然后COOH就可以做各种化学反应接上各种好玩的东西了，这方面TourJM等同志已经做了很多。今天我们不谈Tour，专门说说这个氧化的过程。最近有两篇文章对此进行了一些讨论，讨论的结果也很有意思。当然，这个结果对不对还是仁者见仁智者见智，但是至少可以给我们一个很好的idea，呵呵。。。 Adv.Mater.2007,19,883887 TheRoleofCarboxylatedCarbonaceousFragmentsintheFunctionalizationand SpectroscopyofaSingle-WalledCarbon-NanotubeMaterial** ByChristophG.Salzmann,*SimonA.Llewellyn,GerardTobias,MichaelA.H. Ward,YoonHuh,andMalcolmL.H.Green Green组的这篇文章，很奇怪的发现，原来COOH不是长在碳管表面的！通过一些很简单的chemistry，他们发现，原来COOH不是长在SWNT表面，而是在氧化过程中首先形成一些C的短链碎片，这些碎片强力的附着在SWNT表面，而羧基，正是在这些碎片上的。。。他们分离这些碎片的方式也很简单，就是跟NaOH反应。。。反应以后的碎片以COONa的形式进入了溶液，而留下的SWNTs并没有被氧化。。。再看下一篇： J.Phys.Chem.C2007,111,12944-12953 FunctionalizingSingle-WalledCarbonNanotubeNetworks:EffectonElectrical andElectrochemicalProperties IoanaDumitrescu,?NeilR.Wilson,?andJulieV.Macpherson*,?br/ 这篇文章比较了两种表面处理的方法：硝酸氧化和等离子体处理。结论也很有意思。作者发现，硝酸氧化主要发生在SWNT的两端，随着氧化过程的进行，两端不断被氧化降解，导致碳管越来越短，从AFM上来看，碳管的密度越来越小，但是从Raman上来看，Gband减小的并不十分明显。与之相反，用等离子体处理的时候，氧化点平均分布在SWNT上，所以AFM的结果，morphology并没有明显的变化，但是由于整根管子上遍布了缺陷，Gband明显减小，同时电性能变化非常明显。这两篇文章，对于碳纳米管表面官能化的第一步--引入缺陷做了细致的研究，结论也很出人意料，至于他们的结论是否正确，他们的试验现象是否有更好的interpretation，甚至他们的结论是否只适用于他们自己合成的SWNT，就不是我在这里能说得了，请大家讨论吧：）; 个人分类: 科研涂鸦|13004 次阅读|4 个评论

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