神奇的碳納米管自身限制效應

根據斯旺西大學能源安全研究所（ESRI）的研究人員與萊斯大學的研究人員的合作研究，碳納米管的束縛電子特性針對下一代納米器件來說不僅需要儘可能純粹來實現最大效率，還需要把接觸的影響儘可能地限制到很小。

能源安全研究所的所長Andrew Barron，也是美國的萊斯大學教授，和他的團隊找到了一種獲取足夠純凈的納米管的方法，在這個過程中獲得可重複的電子測量，不僅解釋了為什麼碳納米管的電學性質歷來是如此難以衡量的一致性，還已經表明或許會存在一個利用碳納米管的「納米」材料實現電子設備的限制。

像任何正常的金屬絲一樣，半導體納米管對電流的電阻也越來越大。但是，多年來納米管的電導率測量一直是一致的。能源安全研究所的研究人員想知道這是為什麼。

「我們對納米管基導體的建立很感興趣，雖然人們已經能夠製造導線，但它們的導電性能卻沒有達到預期。我們對於研究人員觀察到的那些材料特性的變化非常感興趣。」

他們發現很難除去殘留的鐵催化劑、碳和水，這很容易影響電導率測試的結果。我們打算燃燒掉多於的材料，Barron說，創造了碳納米管在納米電子學的新的可能性。

這項新研究發表在美國化學學會期刊《Nano Letters》上。

研究人員首先製作出多壁納米管，其直徑位於40和200納米之間且達到30微米長的碳納米管。然後，他們要麼在真空中加熱納米管，要麼用氬離子轟擊它們來清潔表面。

他們用一種測試任何導電體的方法來測試單個納米管：用兩個探針接觸它們，看看電流從一個尖端到另一個電極的電流。在這種情況下，他們的鎢探針附著在掃描隧道顯微鏡上。

在乾淨的納米管中，隨著距離的增加，電阻變得越來越強。但是當探針遇到表面污染物時，結果是扭曲的，從而增加了尖端的電場強度。當測量彼此之間4微米時，由污染物引起的耗盡導電區域重疊，進一步影響結果。

「我們認為，這就是為什麼在許多文獻中結果出現不一致性，」Barron說。

如果納米管是下一代輕量導體，那麼對於諸如馬達、發電機和電力系統等設備來說，需要一批一批以及樣品到樣品的一致的結果，。

他們發現，在200攝氏度（392華氏度）的真空中退火納米管會減少表面污染，但不足以消除不一致的結果。氬離子轟擊也清洗了管，但導致了電導率降低缺陷的增加。

最終，在他們報告中說明，他們發現在500攝氏度（932華氏度）的真空退火納米管減少了污染，足以精確測量電阻。

直到現在，Barron說，工程師在設備使用的碳納米管纖維或薄膜改性材料通過摻雜或其他手段來獲得他們所需要的導電性能。但如果源納米管充分凈化，他們應該能夠通過簡單地把他們的聯繫得到了正確的位置正確的電導率。

「我們工作的一個重要的結果是，如果在納米管接觸小於1微米的碳納米管的變化外，從導體到半導體的電子特性，由於存在重疊的耗盡區」Barron說，「這有一個潛在的限制因素對碳納米管的尺寸為基礎的電子設備，這將限制摩爾定律對納米器件的適用。」

來源：https://phys.org/news/2018-01-carbon-nanotubes-devices-limit-nano.html

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