日前,湖南大学教授唐元洪课题组率先合成自组生长的硅纳米管,在纳米材料研究方面取得重大突破。
自组生长的硅纳米管是在一定条件下由一个个原子自己搭建生成、内部排列有序的纳米管,它完全可以体现硅纳米管的真实特性,同时具备碳纳米材料和硅纳米线材料的性能,在
传感器、晶体管、光电器件等方面有很好的应用前景。该项成果现已申请了国家发明专利。
碳纳米管自日本科学家1991年成功合成以来,成为极具应用潜力的纳米材料,掀起了全球的研究热潮,但由于它既可具有半导体特性,又可具有金属特性,人们目前还无法控制性地合成仅具有半导体特性的碳纳米管,故碳纳米管很难同现在以硅为主的计算机、电视机等现代电子设备核心集成电路芯片兼容。因此,科学家们希望合成硅纳米管来解决这一问题,因为硅纳米管只表现出半导体特性。然而硅是四面体材料,不易形成管状结构,硅纳米管很难合成。2002年以来,纳米科学家用模板法合成了硅纳米管,但合成过程比较复杂且用了金属催化剂,硅纳米管内部原子呈无序堆积,还不是真正意义上的硅纳米管,没法体现硅纳米管的真实特性。
唐元洪课题组另辟蹊径,采用全新的水热溶液生长法合成的硅纳米管,在高分辨透射电子显微镜图像中显示结果表明:硅纳米管的外径约14纳米 ,内径约1.5纳米,硅壁厚约5纳米,内部原子排列有序、成层状结构,只具有半导体特性,与计算机、电视机等设备核心集成电路兼容没有障碍。这种硅纳米管是国际上第一次合成自组生成的硅纳米管,是真正意义上的硅纳米管,为将来制造纳米电子器件提供了继碳纳米管、硅纳米线后的又一种全新的纳米材料。水热溶液生长法和其他方法相比,更易于操作,而且设备简单、成本低廉,采用的原料完全无毒,所得到的硅纳米管无需添加金属催化剂,因而易于测量其真实性能,并可以减少有机物对环境的污染。