更快、更简、更廉——碳纳米管的新篇章

材料牛注：为了防止单层碳纳米管的孔隙被水或者其他有害物质充满，美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员新近开发出了一种预充填法，通过在纳米管中充填具备某些特殊性质的化合物，能使纳米管的性能得到很大提升，甚至接近中空纳米管。而且这种方法简便快捷，价格也比较低廉，接下来让我们先睹为快！

当遇到盐瓶堵塞或是高峰期堵车的时候，我们大多数人尚且会摇头叹气，更别提那些研发碳纳米管特殊性能的研究人员了，当这些微小的圆柱体被水充满时，他们便只能束手无策。可喜的是，美国国家标准与技术研究所（NIST）已经设计出一种廉价、快速的方法来有效地提高碳纳米管的质量及其稳定性，这对于新的计算技术有着十分重要的应用前景。

为了防止单层碳纳米管的孔隙被水或者其他有害物质填充，NIST的研究人员建议使用一种具有特定性能的化合物对纳米管进行预充填，然后在水中进行分离，从而获得均匀一致的纳米管。无论是量还是质，通过这种方法制备的碳纳米管都远远优于水充填而得的纳米管，尤其是在应用于传感器和光电探测器等光学领域时，效果尤为明显。

这种方法是通过将如铁丝网或蜂巢般排列的碳原子片卷起而制得的，其为单层碳纳米管的性能设计开辟了一条简捷的道路，改善并赋予了它新的性能。

NIST的研究团队在进行实验验证时，将20多种不同的化合物注入到内径在0.5nm至2nm多范围内的单层碳纳米管的混合体中进行试验。例如，以访问学者Jochen Campo为首的科学家们就以烷烃作为填料进行了测试。

烷烃，如常见的丙烷和丁烷等，有助于纳米管内部稳定性的提升。换句话说，烷烃充填的纳米管如同中空一般，而这恰恰就是Fagan和Campo以及他们的同事所期待达到的效果。

水充填的纳米管，可能还含有部分离子、酸或是其它有害的化学物质，与之相比，中空纳米管具有优异的性能。例如，当中空碳纳米管受到光的刺激时，会发出更明亮更清晰的荧光信号。

然而，NIST团队在近期发表在Nanoscale Horizons期刊上的一篇论文中提到，纳米管在加工过程中对水或其它溶剂的自发摄入是一种特有的而又经常被忽略的现象，这对纳米管的应用开发有很不利的影响。

也许是因为过滤和收集纳米管需要花费额外的成本和精力，研究者们通常选择忽略未充填（空的）和几乎填满的单层碳纳米管的混合批次。从这些混合物中分离出未填满的纳米管不但需要使用昂贵的离心设备，而且根据Campo的估算，产量仅能达到10%。

“举个例子，如果你的目的是将纳米管用于电子电路，或是荧光抗癌图像造影剂时，那么你需要更多组成和性质稳定的纳米管，” Campo解释道，其在安特卫普大学进行博士后研究时正是在探索这方面的应用。“这一特殊的要求促进了新的预充填法的研究发展：我们是否能够将一些被动的化学物质注入纳米管内，从而使水留在管外面呢？”

从开头那个简单的实验我们就可以得到肯定的答案，而且效果十分明显。在荧光实验中，烷烃充填的纳米管发射的信号要比水充填纳米管强2到3倍，接近作为对比标准的中空纳米管。

更为重要的是，NIST研发的预充填法是可控且通用的，且其易于与现有的单层碳纳米管的加工方法混用。相信碳纳米管的研究前景将一片光明，我们拭目以待。

参考原文链接：Simpler, Faster and Cheaper: A Full-filling Approach to Making Carbon Nanotubes of Consistent Quality

本文由编辑部顾玥提供素材，黄亚编译，牛蕾审核，点我加入材料人编辑部。

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