近三十年來，作為研究熱點(diǎn)，來自碳家族的材料明星輩出，包括碳纖維、碳60、金剛石、碳納米管、石墨烯、碳化硅等都是一時(shí)的研究熱門。而其中的碳納米管在上個(gè)世紀(jì)九十年代到本世紀(jì)頭五年基本上是最熱門的材料。
一、什么是碳納米管？
碳納米管，又名巴基管，是一種用單層碳原子卷成的圓筒狀結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20 nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。
碳納米管是人們最早掌握的一種準(zhǔn)一維納米材料，也是最為穩(wěn)定的一維納米材料，它擁有一系列獨(dú)特而優(yōu)越的物理、化學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。比如：
（1）完全由自然界中最強(qiáng)的碳-碳鍵構(gòu)成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，力學(xué)強(qiáng)度大；
（2）表面沒有懸掛鍵，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)；
（3）電子運(yùn)動(dòng)速度快，電流承載能力強(qiáng)，能量耗散�。�
（4）結(jié)構(gòu)小，對(duì)外界的各種刺激反應(yīng)比較靈敏。
碳納米管有著上述所提到的獨(dú)特性質(zhì)，因此也被認(rèn)為在許多領(lǐng)域會(huì)有非常有價(jià)值的應(yīng)用，但是實(shí)際實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用卻很少。
二、 碳納米管曾經(jīng)的研究熱點(diǎn)很多，但是現(xiàn)在大家關(guān)注的，其實(shí)只有兩點(diǎn)：
1.材料是可控和批量合成，并降低成本：
在碳納米管制備過程的最后階段，半導(dǎo)體型碳納米管會(huì)和金屬型你中有我，我中有你一般地混在一起。雖然這兩種碳納米管都十分有價(jià)值，但是必須分開使用，因?yàn)橹挥屑兊奶技{米管（半導(dǎo)體型或者金屬型）才能在器件層面得到應(yīng)用，所以有效的分離技術(shù)也就成了碳納米管走向應(yīng)用的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
全球科學(xué)家已經(jīng)花了大量的時(shí)間來嘗試各種分離技術(shù)。盡管已有研究者研制出一種高分子試劑，能和半導(dǎo)體型的碳納米管混合并一起被溶劑沖洗走，然后通過后期的提取獲得半導(dǎo)體型碳納米管，但是提取金屬型碳納米管的方法目前進(jìn)展緩慢。
而如今，阿德羅諾夫課題組機(jī)智地發(fā)現(xiàn)了這種方法：他們將能分離半導(dǎo)體型碳納米管的高分子試劑的電學(xué)特性顛倒，就能得到了只分離金屬型碳納米管的新型高分子試劑。
2. 在電子器件中的應(yīng)用：
碳納米管于電子器件中的應(yīng)用來自于現(xiàn)有的微電子技術(shù)發(fā)展即將遭遇極限，大家期待新的技術(shù)來延續(xù)摩爾定律，而碳納米管擁有的優(yōu)異半導(dǎo)體特性使其在這方面被寄予厚望。
三、除以上被關(guān)注的兩點(diǎn)研究方向外，碳納米管在其他領(lǐng)域也有著自己的價(jià)值：
1. 電子學(xué)領(lǐng)域：
在電子學(xué)領(lǐng)域，碳納米管目前并沒有實(shí)際應(yīng)用，但是有一些極其優(yōu)異的電子學(xué)特性，使其在作為集成電路構(gòu)建的主要材料方面被寄予厚望。
1) 作為晶體管的基本構(gòu)建材料
這需要用到半導(dǎo)體型的碳納米管，利用碳納米管結(jié)構(gòu)�。ê穸葍H有納米量級(jí)）容易被電場調(diào)控、電子速度快等優(yōu)勢，可以制備尺寸更小、速度更快、功耗更低的器件和集成電路，如果利用碳納米管晶體管取代硅晶體管，效能比可提高1000倍。這項(xiàng)技術(shù)有望在10年內(nèi)取代現(xiàn)有硅基技術(shù)，成為新一代的信息器件主流材料。
2) 作為集成電路中的互聯(lián)材料
碳納米管作為集成電路的互聯(lián)材料，可以發(fā)揮碳納米管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，載流能力超強(qiáng)的優(yōu)勢，取代現(xiàn)有的銅互連技術(shù)。
3) 可以與現(xiàn)有的芯片技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)異質(zhì)的三維集成芯片。
2. 傳感器領(lǐng)域：
另外，碳納米管在各種傳感器，包括光電探測、化學(xué)/生物傳感器方面可能會(huì)有一些有潛力的應(yīng)用，并構(gòu)建出一些具有新形態(tài)、新功能的智能傳感系統(tǒng)。
3. 構(gòu)筑“太空天梯”：
發(fā)明一種連接地球與宇宙空間站的“太空天梯”，一直是很多科學(xué)家的美好愿景。建造“太空天梯”并不簡單，其最大的困難就在于，科學(xué)家們找不到強(qiáng)度足夠大的建筑材料，運(yùn)用一般的建筑材料，是絕對(duì)辦不到的�？茖W(xué)家們?yōu)橹䦃簟疤仗焯荨倍恍柑剿�，最終在納米材料中找到了一線曙光——碳納米管。
碳納米管構(gòu)筑“太空電梯”的概念提出得非常早，目前實(shí)用價(jià)值不大，而且要實(shí)現(xiàn)起來困難極大，碳納米管就是目前滿足這種苛刻要求的唯一材料，因此是有可能實(shí)現(xiàn)“太空電梯”纜線的材料，但是這是理論計(jì)算的結(jié)果，其中力學(xué)強(qiáng)度是取的完整碳管的，但是我們知道，一根完整的碳管長度有限，因此最終的纜線肯定是許多碳管接起來的，這些結(jié)點(diǎn)會(huì)大大降低力學(xué)強(qiáng)度，最后是否能夠滿足“力學(xué)強(qiáng)度大于自身重力”，尚未可知。
4. 縫合復(fù)合材料的“針線”：
以碳納米管“針”，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行“穿針引線”可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料層間的良好結(jié)合，與現(xiàn)有復(fù)合材料相比，經(jīng)碳納米管“縫合”的復(fù)合材料強(qiáng)度可提升30%，在斷裂前能承受更大的作用力，這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，提升了當(dāng)前復(fù)合材料的綜合性，對(duì)拓寬其在航空結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將起到很大的推動(dòng)作用！
5. 幫助組織再生 ：
茲堡大學(xué)和萊特州立大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一種以碳納米管為主要成分的新型的碳骨架可以幫助受傷或病變的肌肉組織再生。業(yè)內(nèi)人士指出，科學(xué)家們發(fā)明的新型碳骨架可以幫助受傷或病變的肌肉組織再生，無疑是醫(yī)學(xué)界的一項(xiàng)重大突破，對(duì)改善人體的健康狀況及人體醫(yī)學(xué)研究有著重要意義。
四、結(jié)語：
作為曾經(jīng)的“明星”，碳納米管與現(xiàn)在其他新興崛起的二維材料相比，它受到的關(guān)注大大下降，有些洗盡鉛華的感覺。但正因?yàn)殚_始遠(yuǎn)離聚光燈，使得一小部分堅(jiān)持下來的研究者能夠靜心來，踏踏實(shí)實(shí)的攻克一些技術(shù)難題，將碳納米管研究從實(shí)驗(yàn)室推向產(chǎn)業(yè)化，逐漸一一兌現(xiàn)曾經(jīng)的承諾。大熱之后的降溫，對(duì)一種新興技術(shù)的發(fā)展非常重要，縱觀歷史上所發(fā)現(xiàn)的新興熱門材料，必然會(huì)經(jīng)歷這樣一個(gè)過程。 而這個(gè)過程有太多的技術(shù)問題需要解決和突破，我們需要足夠的決心和心理準(zhǔn)備。
目前研究人員過于重視原創(chuàng)性技術(shù)炒作，而忽視了扎實(shí)的推進(jìn)和積累。小編在此建議：在碳納米管研究方面，研究者們能少一些套路，多一些真誠！碳納米管毋庸置疑是一種非常有潛力的超級(jí)材料，但是就目前的狀況來看，還未研究透徹就匆匆上馬很多項(xiàng)目，就是在“揠苗助長”，很可能造成“傷仲永”的悲劇。因此我們應(yīng)該發(fā)揮出工匠精神，踏踏實(shí)實(shí)將碳納米管的應(yīng)用研究透徹，讓碳納米管的特性能真真正正應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中�。ㄖ袊垠w網(wǎng)編輯 默然/文）
