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我校博士生首次以第一作者在《Science》上发表文章

吴德海教授课题组首次直接合成20cm超长碳纳米管束

我校机械工程系博士研究生朱宏伟以第一作者的身份在今年5月3日《Science》(美国《科学》杂志)上发表了题为《Direct Synthesis of Long Single-Walled Carbon Nanotube Strands》(合成长的单壁碳纳米管束) 的学术论文,这是我校博士研究生首次以第一作者在《Science》上发表文章。该文所写的是有关我校机械工程系吴德海教授课题组在世界上首次直接合成了20 cm超长单壁碳纳米管束。

为实现高纯度的超长单壁碳纳米管的批量制备,吴德海课题组对立式催化裂解设备进行改进并精确控制工艺参数,首次直接合成了20厘米超长单壁碳纳米管束。超长单壁碳纳米管束,看上去类似头发丝,在1150 度的氢气中催化裂解正已烷、二茂铁和噻吩的混合溶液,得到这种超长产物。管束中的单壁碳纳米管定向性良好,纯度高达85 %,且生长连续,长径比>108,是迄今为至最长的碳纳米管。同时,该方法设备简单、成本低、产物纯度高、产量大,是最适于实现工业化的一种方法。

制备超长(所谓"超长",是指单壁碳纳米管的长度达到十厘米量级)单壁碳纳米管是一个重点、难点,在理论及应用方面具有重要意义。单壁碳纳米管的发现极大地推动了一维纳米科技研究及其应用领域的发展。

1996年,诺贝尔奖获得者Smalley领导的研究小组在《Science》上发表了采用激光蒸发工艺合成高纯度单壁碳纳米管的方法。1997年,Journet等人在《Nature》上发表了采用直流电弧法批量制备单壁碳纳米管的工艺。而采用化学气相沉积工艺制备单壁碳纳米管也越来越被人们所重视,因为该方法是最有可能实现单壁碳纳米管大批量工业生产的制备方法。1998年,Smalley预言在10年内,一定会出现一种全新的化学气相催化裂解技术实现单壁碳纳米管的大批量(吨量级)制备。传统的化学气相沉积方法仍然处于实验室阶段,存在产量低、纯度差、定向性不好、工艺参数难以控制等缺点,导致单壁碳纳米管的价格居高不下,为科研与应用带来极大的障碍。另外,以上方法所制备的单壁碳纳米管的长度均为微米量级(长径比<104)。立式浮动催化裂解法本是大批量连续制备多壁碳纳米管和碳纳米纤维的一种有效方法。该方法设备简单、成本低、产量大,可实现连续生产。吴德海课题组对传统立式浮动催化裂解工艺进行了改进,为超长单壁碳纳米管的批量制备提出一个有参考价值的解决方法。

由于单壁碳纳米管束的本征超长性和结构完整性,使其具有独特的电学、力学性能和化学稳定性,在气体储存、复合材料、量子导线、电子器件和催化剂载体等方面将具有广泛的应用。例如,其密度仅为钢的六分之一,抗拉强度为钢的100倍;载流密度为铜线的1000倍。通过优化工艺参数,可以进一步控制超长单壁碳纳米管束的直径和长度,从而用作宏观"纳米管电缆",甚至可以制成宏观碳纳米管超导线。另外,单壁碳纳米管电机制动器产生的应力比普通肌肉高,应变比高模量的铁电体大,能够获得更高的能量转换效率,将使人造肌肉梦想成为现实。(机械系)

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2002-05-16]
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