中國(guó)新材料研究再獲世界級(jí)突破。26日北京大學(xué)發(fā)布消息稱，該校李彥教授課題組借助一種自主研制的新型鎢基合金催化劑，研究出單壁碳納米管結(jié)構(gòu)可控制備方法。該成果也發(fā)表在26日出版的《自然》雜志上。

以鎢基合金納米晶為催化劑生長(zhǎng)單一手性的單壁碳納米管

碳納米管僅由一層碳原子環(huán)繞而成，自身重量極輕，卻擁有高出鋼鐵數(shù)百倍的拉伸強(qiáng)度，以及許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，因而在復(fù)合材料和電子行業(yè)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景，還被認(rèn)為是制造“太空天梯”的理想材料。碳納米管早在1991年就被發(fā)現(xiàn)，但由于30多年來各國(guó)科學(xué)家一直未能找到讓碳納米管結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)的制備方法，其在碳基電子學(xué)發(fā)展和電子技術(shù)中的實(shí)際應(yīng)用受到了極大制約。

單壁碳納米管，可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圓柱體。根據(jù)卷曲方式（通常稱為“手性”）的不同，可以是金屬性導(dǎo)體或帶隙不同的半導(dǎo)體。實(shí)踐證明，這是碳納米管的一個(gè)獨(dú)特而優(yōu)異的性質(zhì)，但同時(shí)也是碳納米管制備上的巨大挑戰(zhàn)。

用一般方法合成的樣品均為不同結(jié)構(gòu)的碳納米管組成的混合物，而單一手性單壁碳納米管的選擇性生長(zhǎng)成為一個(gè)難題，自日本科學(xué)家飯島澄男1991年在電子顯微鏡下觀察到了碳納米管，國(guó)際上已掀起了碳納米管研究的熱潮。但經(jīng)各國(guó)科學(xué)家20余年努力，單一手性單壁碳納米管的選擇性生長(zhǎng)問題，仍懸而未決。

李彥教授是北京大學(xué)無機(jī)化學(xué)專業(yè)教授，博士生導(dǎo)師。主要從事納米材料與納米結(jié)構(gòu)研究，以AFM Lithography和CVD方法為基礎(chǔ)，在表面上制備和組裝納米結(jié)構(gòu)和納米器件，CVD方法制備碳納米管及其他納米材料，納米材料的模板合成及仿生合成。

北京大學(xué)李彥教授

李彥教授課題組經(jīng)過十二年的潛心研究，逐步深化了對(duì)碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)制和催化劑作用的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上提出了一種實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管結(jié)構(gòu)/手性可控生長(zhǎng)的方案。他們成功開發(fā)出了一類新型鎢基合金催化劑，其納米粒子具有非常高的熔點(diǎn)，能夠在單壁碳納米管生長(zhǎng)的高溫環(huán)境下保持其晶態(tài)結(jié)構(gòu)和形貌。

同時(shí)，這類催化劑本身具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的原子排布方式可用來調(diào)控生長(zhǎng)的碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)/手性可控生長(zhǎng)。正是利用該催化劑的這些優(yōu)異特性，我國(guó)科學(xué)家最終培育出了具有特定結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管。

2009年，國(guó)際半導(dǎo)體路線圖委員會(huì)推薦基于碳納米管和石墨烯的碳基電子學(xué)技術(shù)作為未來10年至15年可能顯現(xiàn)商業(yè)價(jià)值的新一代電子技術(shù)。而材料是碳基電子學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，基于北京大學(xué)課題組提出的碳納米管結(jié)構(gòu)可控生長(zhǎng)的科學(xué)制備方法，碳基電子學(xué)有望在短期獲得長(zhǎng)足進(jìn)展。

該項(xiàng)成果在《自然》雜志上發(fā)表，點(diǎn)擊這里見英文全文。