碳纳米管有望超越石墨烯、二维黑磷 实现替代硅材料2016-09-15 00:14:00来源： 烯碳资讯 OFweek锂电网讯 如今半导体圈最棘手的事莫过于摩尔定律即将终结，研究人员不得不寻找硅材料的替代者来提升半导体的性能，而碳纳米管就被认为是最有可能取代硅的材料之一。 1、美国威斯康星大学：成功制备1英寸碳纳米晶体管，性能超越硅晶体管　　近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校已经在这一材料的研发上取得了跨越式的突破，该校的材料学家成功研制了1英寸大小碳纳米晶体管，并且首次在性能上同时超越了硅晶体管和砷化镓晶体管。　　顾名思义，碳纳米晶体管是由碳纳米管作为沟道导电材料制作而成的晶体管，其管壁只有一个原子厚，这种材料不仅导电性能好，而且体积能做到比现在的硅晶体管小100倍。另外，碳纳米晶体管的超小空间使得它能够快速改变流经它的电流方向，因此能达到5倍于硅晶体管的速度或能耗只有硅晶体管的1/5。　　不过因为技术的瓶颈，过去很长一段时间研究人员都没能研制出性能优于硅晶体管和砷化镓晶体管的碳纳米晶体管，更不用奢望其应用在各类电子设备中。　　据了解，按照传统的做法，碳纳米管内通常会混杂一些金属纳米管，但是这些金属纳米管会造成电子装置短路，从而破坏碳纳米管的导电性能。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员这次另辟蹊径，他们利用聚合物取代了几乎所有的金属纳米管，将金属纳米管的含量降到0.01%以下，这样的做法大大提升了导电性能。　　除此之外，该研究团队还在工艺上做出了改善，他们研发出的溶解方法成功移除碳纳米管制造过程中产生的残渣。　　威斯康星大学麦迪逊分校材料工程学教授迈克·阿诺德表示：“我们的研究同时克服了碳纳米管面临的多重障碍，最终获得了性能首超硅晶体管的1英寸碳纳米晶体管。碳纳米管的许多设想仍有待实现，但我们终于在二十年后实现了赶超。”　　2、加拿大麦克马斯特大学发明了一项新的碳纳米管提纯技术　　想象一下，未来，你的电子报纸可以被随意卷起来，就算你把咖啡打翻，将水倒在上面，也不会影响电子报纸的更新和阅读——当然，这只是众多被认为会在将来出现的黑科技之一，听起来的确很炫酷。但是想要完成这个目标还需要搞定一项关键技术，那就是如何对碳纳米管进行分离。而最近，加拿大麦克马斯特大学（McMaster）的Alex Adronov研究小组发明了一项新的提纯技术，该项技术为碳纳米管的制取扫平了道路。　　碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，是一种与头发丝生物结构类似的碳结构。它的直径只有十亿分之一米，具有许多特殊的力学、电学和化学性能。　　由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以它具有很好的电学性能，同时又更加耐热。除此之外，它的韧性极高，是目前可制备出的具有最高强度比的材料，能够给复合材料的性能带来极大的改善。并且，虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。使用碳纳米管替代硅为原料，能够让存储器和处理器以三维方式堆叠在一起，降低了数据在两者之间转换的时间，从而大幅提高了计算机芯片的处理速度。　　近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也在不断地展现出来。这种纤细的柔性材料被认为将来能够替代计算机或其他电子设备中的硅基芯片。　　不过，科学家们在碳纳米管的制取上，一直都面临着一个难题。碳纳米管有着两种微观结构，即半导体型碳纳米管和金属型碳纳米管。制备过程中，这两种碳纳米管同时被混在一起。虽然它们都是制取后需要保留的材料，但是只有能将两者分开，才能发挥其功能作用。　　为了解决这个难题，科学家们已经花费了数年的时间进行研究测试，无奈却只找到了将半导体型碳纳米管溶解剥离成聚合物的方法，这样一来，就仅仅只能够获得金属型碳纳米管，而获得半导体型碳纳米管的方法却一直未能找到。 如今，研究人员终于成功地反转了聚合物的电特性，从而能够剥离金属型管而只留下半导体型管。研究小组的下一步计划是研制出更高效的聚合物，使得这个过程商业化。　　“一旦我们拥有一个稳定的，可以用来制取纯净碳纳米管的技术，并且成本没那么昂贵的话。那么地球上的很多事情都会发生快速的变化。” Alex Adronov说道，他是麦克马斯特大学的化学专家，正是他的团队发明了这种具有极大潜在效益的提纯碳纳米管的技术。　　在麦克马斯特大学，研究人员们正在电子显微镜中心做着精密的研究，专家们正展开紧密的合作，他们都在为进一步提纯碳纳米管做着努力。如果这项技术能够得到普及，那么一种新的芯片制作材料——比硅更稳定而且更抗热、速度更快的碳纳米管将颠覆传统的计算机结构设计。　　“在这个世界上，已经很少有一个地方能够让人们展开这样跨学科的创造性工作了。”Adronov说。下一步，他的团队将找到一种方法来开发更有效的聚合物，以扩大碳纳米管的商业化生产进程，并且在未来，发现碳纳米管更加广泛的用途。

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