缺陷及摻雜分布可控的納米碳管自組裝制備新方法
先進結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院陳少華教授課題組通過數(shù)值仿真，提出了缺陷及摻雜可控納米碳管自組裝制備的新方法，為合理實現(xiàn)和調(diào)控納米碳管半導(dǎo)體性能提供了可能。相關(guān)成果2015年9月發(fā)表在納米科學(xué)領(lǐng)域主流期刊Nano Research（8卷，2988-2997頁）
圖1 缺陷及摻雜任意分布的石墨烯條帶自組裝為納米碳管
圖2 缺陷規(guī)則排列的石墨烯條帶自組裝為缺陷可控的納米碳管，缺陷過多，則自組裝失敗
圖3 硼、氮異質(zhì)原子規(guī)則摻雜的石墨烯條帶自組裝；藍色原子代表硼，紅色代表氮。
納米碳管可以通過調(diào)整其缺陷位置、缺陷類型及摻雜其他原子來調(diào)控其物理和化學(xué)性能。直接在一維納米碳管上控制缺陷及摻雜相當(dāng)困難，但在二維石墨烯片上制備缺陷及摻雜的可控技術(shù)及將石墨烯片剪裁為尺寸可控的石墨烯條帶技術(shù)已經(jīng)存在。課題組應(yīng)用數(shù)值仿真的方法，研究了含缺陷或異質(zhì)原子摻雜的石墨烯納米條帶在輔助納米碳管內(nèi)的自組裝行為，研究發(fā)現(xiàn)：一定的溫度控制下，可以通過缺陷規(guī)則排列的石墨烯條帶自組裝為缺陷可控的納米碳管，但石墨烯條帶內(nèi)缺陷的原子份數(shù)亦直接影響缺陷可控納米碳管能否成功自組裝，當(dāng)石墨烯條帶內(nèi)缺陷原子份數(shù)過大，勢必降低石墨烯條帶的彎曲剛度，引發(fā)自組裝失敗，類似于軟紙或硬紙能否卷成圓筒的力學(xué)機理；同樣摻雜異質(zhì)原子的石墨烯條帶亦能很好地通過自組裝形成摻雜可控的納米碳管。自組裝形成缺陷及摻雜可控納米碳管的手性也可通過石墨烯條帶寬度及輔助納米碳管的半徑得到有效預(yù)測。該研究為實現(xiàn)納米碳管金屬及半導(dǎo)體特性的有效調(diào)控提供了一種新方法。
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