UW研究显着提高了单壁碳纳米管沿共同轴的排列

怀俄明大学的一位研究人员及其团队首次展示了使单壁碳纳米管沿公共轴整体排列的能力。这一发现在许多技术领域都是有价值的,例如电子,光学,复合材料,纳米技术以及材料科学的其他应用。

西澳大学物理与天文学系助理教授威廉·赖斯说:“与以往使用纳米管溶液过滤来对准纳米管的努力不同,我们创建了一个可以一次创建多个对准膜的自动化系统。” “使过滤系统自动化还可以使我们精确控制过滤流速,从而获得更高的对准度。”

赖斯(Rice)是一篇论文的通讯作者,该论文的标题是“通过机器视觉控制过滤对基于溶液的单壁碳纳米管薄膜进行全球对准”,该出版物于10月9日在国际期刊《NanoLetters》的印刷版上发表。纳米科学和纳米技术所有分支的基础研究和应用研究。该论文的在线版本于上个月出现。

约书亚·沃克(Joshua Walker),物理学三年级博士。来自夏安的学生,是该论文的主要作者。Valerie Kuehl,三年级博士。来自科罗拉多州比拉的化学专业学生是该论文的特约作者。

单壁碳纳米管是一维晶体,是通过将单层石墨(通常称为石墨烯)包裹到纳米圆柱体中形成的。它们的直径为0.5至1.5纳米,长度为200至10,000纳米。一纳米等于十亿分之一米。

赖斯解释说,由于这种独特的几何形状,碳纳米管可以是金属或半导体,具体取决于石墨烯的包裹方式。碳纳米管可以显示出卓越的导电性,并且具有出色的拉伸强度和导热性。

对齐的碳纳米管有潜力充当出色的光学偏振器,这对于光学确定材料中的应变非常重要。例如,如果您用偏光眼镜观察挡风玻璃,就会看到玻璃中应变不同的区域。”赖斯说。“其他组织的最新工作也表明,排列的纳米管可以用作晶体管,偏振光发射器和定向散热器。希望可以通过在钻石中使用碳纳米管,石墨烯和空位来迎来新一代全碳电子产品。”

在过去的十年中,单壁碳纳米管的化学控制取得了实质性进展。赖斯和他的团队使用机器视觉自动化和并行化技术,通过压力驱动的过滤技术,同时生产了全球排列的单壁碳纳米管。反馈控制使过滤能够以恒定的流量进行,这不仅改善了单壁碳纳米管的向列顺序,而且还提供了在各种纳米多孔膜上排列各种单壁碳纳米管类型的能力使用相同的过滤参数。

赖斯说,此外,他的研究团队使用一种称为硅烷化的处理工艺将玻璃漏斗中的纳米管溶液的弯月面弄平了。这防止了在纳米管被过滤时纳米管被不均匀的溶液前沿扰乱。这两方面的进展产生了纳米管薄膜,该薄膜在整个结构上均表现出优异的取向性,可以使用多种偏振光学技术对其进行测量。

“碳纳米管由于其令人印象深刻的物理特性(例如极高的导热性)而成为重要的材料系统;杨氏模量比钢大得多;载流量是铜的一千倍;和出色的光-质耦合,”他说。

赖斯说,杨氏模量是材料中应力(每单位面积的力)与应变(物理尺寸的百分比变化)之比。塑料,橡胶和木材的杨氏模量低,而钢,金刚石和纳米管的杨氏模量高。

美国国家标准与技术研究院(NIST)材料科学与工程部门的化学工程师Jeffrey Fagan;NIST纳米级器件表征部门的材料化学家Adam Biacchi;霍华德大学物理与天文学系助理教授Thomas Searles;NIST纳米级器件表征部门的项目负责人Angela Hight Walker也对该论文做出了贡献。

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