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微電子所等在超強(qiáng)抗輻射碳納米管器件與電路研究中取得進(jìn)展
中國科學(xué)院微電子研究所抗輻照器件技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與北京大學(xué)教授張志勇、中科院國家空間科學(xué)中心副研究員陳睿合作，研制出基于局域底柵的碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，并系統(tǒng)研究了碳納米管器件與電路的綜合抗輻射能力（圖1）。研究顯示，局域底柵碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器在受到2.8×1013 MeV/g的位移損傷輻照后，仍可承受2Mrad（Si）的電離總劑量輻照和104 MeV·cm2/mg的等效激光單粒子輻照，且綜合抗輻射能力優(yōu)于硅基器件四倍（圖2）。上述成果證明，碳納米管器件和電路具有超強(qiáng)的抗輻射能力，為下一代宇航芯片研制開辟了重要的技術(shù)路徑。
圖1.碳納米管器件與電路的激光模擬單粒子測(cè)試結(jié)果
圖2.碳納米管器件與電路的綜合抗輻射能力
朱美芳院士團(tuán)隊(duì)《Nature communications》：突破限制！將廢木質(zhì)素連續(xù)加工成高價(jià)值的碳納米管纖維
東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)通過溶劑分散、高溫?zé)峤�、催化合成、組裝等方法連續(xù)制備高性能碳納米管纖維。碳納米管纖維是在二茂鐵的催化下，由分解木質(zhì)素釋放的一氧化碳和氫氣合成的。經(jīng)過處理后，該纖維的抗拉強(qiáng)度為1.33GPa，導(dǎo)電性為1.19×105S/m，優(yōu)于迄今為止大多數(shù)生物質(zhì)炭材料。更重要的是，本研究實(shí)現(xiàn)了以120m/h的連續(xù)生產(chǎn)速度制備CNT纖維。因此，該制備方法可擴(kuò)展到其他生物質(zhì)材料，將極大地促進(jìn)生物質(zhì)在廣泛領(lǐng)域的高價(jià)值應(yīng)用。
將木質(zhì)素連續(xù)合成碳納米管纖維的機(jī)理及其工藝原理
中國石油大學(xué)成功制備新型竹狀碳納米管
為了消除電磁輻射的危害，非常需要具有長期穩(wěn)定性的輕質(zhì)高效電磁波吸收（EWA）材料。中國石油大學(xué)（北京）李永峰教授團(tuán)隊(duì)研究通過簡單的煅燒策略成功制備了用可控尺寸的Co磁性納米粒子（Co@CNT）包裹的新型竹狀碳納米管。最終的EWA屬性可以通過調(diào)整填料負(fù)載、煅燒溫度和模板使用來有效調(diào)整。
蘇州納米所：碳納米管支撐導(dǎo)電金屬有機(jī)框架，用于軟致動(dòng)器
中科院蘇州納米所張珽課題組研究通過設(shè)計(jì)分層的基于Cu-MOFs的活性材料組裝了軟離子致動(dòng)器，該活性材料由通過羧基多壁碳納米管（Cu-CAT@MWCNT）共價(jià)橋接的導(dǎo)電鄰苯二酚（Cu-CAT）納米片組成。
得益于Cu-CAT@MWCNT電極的大機(jī)電變形和快速響應(yīng)速率，組裝的軟致動(dòng)器具有16.6mm的大位移和0.52%的高彎曲應(yīng)變（±3V的交流電）和高能量轉(zhuǎn)換效率（3.02%)，具有超過10000次循環(huán)的循環(huán)穩(wěn)定性（頻率范圍為0.1-10赫茲）。此外，還展示了組裝在機(jī)器人上時(shí)抓取物體的能力�；贑u-CAT@MWCNT混合材料的電極指出了構(gòu)建具有改進(jìn)性能的軟執(zhí)行器并拓寬其應(yīng)用的可行途徑。
科學(xué)家找到碳納米管手性和導(dǎo)電性調(diào)控新途徑
中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心先進(jìn)炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國立材料科學(xué)研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)、俄羅斯國立科技大學(xué)等單位合作，在碳納米管手性改造與分子結(jié)晶體管研究中取得最新進(jìn)展，為碳納米管的手性及導(dǎo)電屬性調(diào)控提供了新途徑，顯示了碳納米管分子節(jié)晶體管的優(yōu)異性能。
研究人員利用原位透射電子顯微鏡對(duì)單根碳納米管進(jìn)行原位加工、表征與測(cè)量，通過精確控制透射電鏡樣品桿上的壓電納米探針對(duì)碳納米管加熱并施加拉伸應(yīng)力，誘導(dǎo)其局部塑性變形與手性演變。利用球差校正電鏡圖像和納米束電子衍射圖譜對(duì)變形前后碳納米管的手性進(jìn)行分析，在近30次連續(xù)手性轉(zhuǎn)變過程中發(fā)現(xiàn)碳納米管的手性角具有向高角度轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)。對(duì)以碳納米管為溝道的晶體管的電學(xué)輸運(yùn)特性進(jìn)行原位測(cè)試，結(jié)果表明該方法可實(shí)現(xiàn)碳納米管金屬性向半導(dǎo)體性的可控轉(zhuǎn)變。研究人員利用此方法制備出溝道長度僅為2.8納米的金屬—半導(dǎo)體—金屬構(gòu)型碳納米管分子結(jié)晶體管，并觀察到其室溫量子相干輸運(yùn)性質(zhì)和法布里—珀羅干涉效應(yīng)。
J.Mater.Chem.A：SWCNT/n型硅異質(zhì)結(jié)制備高性能光電探測(cè)器
2022年7月，Journal of Materials Chemistry A報(bào)道了單壁碳納米管薄膜（SWCNT）/n型硅（n-Si）異質(zhì)結(jié)在高性能光電探測(cè)器上的應(yīng)用。在這項(xiàng)研究中，研究人員制備了一種小捆的SWCNT（small-bundled SWCNT，SB-SWCNT）薄膜，該薄膜在管-管交界處具有碳焊接結(jié)構(gòu)，大大降低了接觸電阻并提高了功函數(shù)。所制造的SB-SWCNT薄膜/n-Si異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器顯示了非常高的可探測(cè)性，使用890 nm的激光，在0偏壓下可探測(cè)到4.2×1013 Jones，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)光電探測(cè)器。此外，該探測(cè)器還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在空氣中暴露30天后仍能保持97%的R值，并且具有寬的光響應(yīng)范圍（540-1090nm）。
ACS Nano：高強(qiáng)度、多功能MXene/有序CNT復(fù)合薄膜
2022年10月，ACS Nano報(bào)道了一種輕、薄、面積大和超靈活的化學(xué)交聯(lián)MXene/有序碳納米管復(fù)合薄膜。該薄膜除了具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性、疏水性和氧化穩(wěn)定性，還兼具電磁屏蔽（EMI）、電熱轉(zhuǎn)換和光熱抗菌的多功能可穿戴性能。在薄膜厚度為8至28μm時(shí)，X波段電磁干擾屏蔽效果（SE）為24至70dB。此外在8.2-40GHz的超寬帶頻率范圍內(nèi)，SE超過60dB。其最大比表SE高達(dá)122368 dB·cm2·g–1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他報(bào)道的屏蔽效果。由于該薄膜的良好電/光熱性能，賦予了其高效的除冰和抗菌性能。因此這種多功能薄膜在可穿戴設(shè)備、國防、抗菌和物聯(lián)網(wǎng)方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
科學(xué)家首次利用DNA實(shí)現(xiàn)碳納米管可控有序修飾
華南理工大學(xué)前沿軟物質(zhì)學(xué)院教授林志偉與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）研究員鄭銘，利用DNA首次實(shí)現(xiàn)了單壁碳納米管（SWCNTs）的可控有序修飾。相關(guān)研究發(fā)表于《科學(xué)》。
可控有序修飾的單壁碳納米管。研究團(tuán)隊(duì)供圖
該研究通過簡單的DNA序列設(shè)計(jì)和精密的結(jié)構(gòu)表征，為SWCNTs可控化學(xué)修飾開辟了一個(gè)全新思路。林志偉表示，“精確可控的修飾方法，使得科學(xué)家有望像服裝設(shè)計(jì)師一樣，按自己的想法‘可定制化’地設(shè)計(jì)SWCNTs化學(xué)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)特殊的性能，例如超導(dǎo)性能和量子性能等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在航空航天、量子計(jì)算機(jī)、量子通信、新一代生物醫(yī)療等領(lǐng)域的前沿應(yīng)用。”
蘇州納米所利用層狀化結(jié)構(gòu)工程策略構(gòu)筑高導(dǎo)電碳納米管氣凝膠薄膜
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同團(tuán)隊(duì)提出了納米纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層狀化工程策略，實(shí)現(xiàn)了碳納米管氣凝膠薄膜的高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)筑，制備出了一種具有致密層狀多孔結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電碳納米管氣凝膠薄膜。這為高導(dǎo)電性碳納米管氣凝膠薄膜的制備提供了新思路。此外，該碳納米管氣凝膠薄膜在輕量化電磁屏蔽材料和電加熱等領(lǐng)域顯現(xiàn)出應(yīng)用前景。
納米纖維氣凝膠薄膜的結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程
Nat.Commun.：銀薄膜/CNT膜異質(zhì)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)驚人光電性能
2022年4月，Nature Communications 報(bào)道了研究人員通過范德華力將銀納米結(jié)構(gòu)薄膜（AgNSF）和碳納米管薄膜（CNTF）連接起來，在玻璃基底上制造出AgNSF/CNTF異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)顯示出驚人的光熱轉(zhuǎn)換能力和良好的光電響應(yīng)特性。當(dāng)照射該異質(zhì)結(jié)的激光波長從紫外變化到太赫茲時(shí)，異質(zhì)結(jié)中心的溫度和器件的輸出光電壓迅速增加，最大溫差達(dá)到215.9K，明顯高于文獻(xiàn)中報(bào)道的其他光熱發(fā)電材料的溫差。其中光熱和光電響應(yīng)取決于激光的波長，分別為175~601KW-1和9.35~40.4mVW-1。此外，該項(xiàng)研究還證明，碳納米管的光吸收是由局部表面質(zhì)子增強(qiáng)影響，而輸出的光電壓則由塞貝克效應(yīng)主導(dǎo)。研究中制備的異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以作為高效敏感的光熱材料或超寬帶快速反應(yīng)的光電材料被應(yīng)用。
UCLA盧云峰教授：球形石墨烯-碳納米管鑲嵌硅實(shí)現(xiàn)高機(jī)械彈性鋰離子電池負(fù)極材料
美國加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）盧云峰教授，沈力博士報(bào)道了通過噴霧干燥與化學(xué)氣相沉積（CVD）原位合成了一種具有優(yōu)秀機(jī)械彈性的三維石墨烯-碳納米管-硅復(fù)合材料（G-Si-CNTs）, 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了硅碳負(fù)極優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性（700圈2A g-1容量保持率90%；0.014% 容量損失每圈）與機(jī)械性能（在100MPa的壓力下結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定），為設(shè)計(jì)與工業(yè)輥壓工藝兼容的硅碳負(fù)極材料提供了新的思路。
碳納米管薄膜新屬性發(fā)現(xiàn)
俄羅斯莫斯科斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所和莫斯科技術(shù)物理大學(xué)找到一種改變碳納米管薄膜電子特性的方法。相關(guān)研究成果發(fā)表在《碳》雜志上。
俄科研人員在太赫茲和紅外線頻率范圍研究了用合成氣相淀積法獲得的碳納米管薄膜。一部分薄膜的制作使用了從0.3-13微米的不同長度的納米管。另外一部分使用了在氧離子作用下獲得的薄膜，這種作用改變了薄膜的電性能。
研究發(fā)現(xiàn)，在比較短的納米管或者氧離子作用下制成的薄膜中，電阻溫度系數(shù)增加。在氧離子作用持續(xù)時(shí)間超過100秒或當(dāng)納米管長度小于0.3微米時(shí)，電阻溫度系數(shù)達(dá)到飽和，在這種情況下原始碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)被破壞，原有屬性消失。
信息來源：微電子研究所、中國科學(xué)報(bào)、蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所、易絲幫、Composites World、科技日?qǐng)?bào)、先豐納米、能源學(xué)人等。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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