最近，中國科學(xué)院物理研究所、北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室王文龍、符汪洋、王恩哥等人與日本國立材料研究所(NIMS)的科研人員合作，在BN納米管的表面化學(xué)修飾與碳摻雜研究方面取得了新進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在近期的J. Am. Chem. Soc. (2008, 130, 8144) 上。

    王恩哥研究組一直從事輕元素B、C、N體系納米管材料的相關(guān)研究，此次他們?cè)谒�溶液體系中，利用共軛有機(jī)分子的一種水溶性衍生物(PTAS)作為修飾分子，通過非共價(jià)π-π相互作用首次成功得到了羧基功能化的BN納米管，為實(shí)現(xiàn)BN納米管在化學(xué)與生物傳感器以及納米復(fù)合材料等方面的應(yīng)用開辟了一條新途徑。此外該工作更有意義的一個(gè)結(jié)果是，在利用PTAS對(duì)BN納米管表面化學(xué)修飾的基礎(chǔ)上，成功發(fā)展出了一種對(duì)BN納米管進(jìn)行C摻雜的新方法。研究中所采用BN納米管為多壁管，結(jié)果表明C取代摻雜只發(fā)生于多壁納米管中“近表面”(near-surface)的少數(shù)幾層BN晶格中，而里層的BN則并未被C所摻雜。換言之，摻雜后的產(chǎn)物為B-C-N/BN共軸異質(zhì)納米管結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的電輸運(yùn)測(cè)量結(jié)果表明，經(jīng)C控制摻雜后BN納米管的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生了顯著改變：與純BN納米管的絕緣體行為不同，B-C-N納米管層表現(xiàn)出典型的p-型半導(dǎo)體行為。

    氮化硼(BN)納米管是輕元素納米管材料家族中的重要成員之一。在元素周期表中，C為6號(hào)元素，而B、N分別為5、7號(hào)元素，B-N對(duì)與C-C對(duì)互為等電子體。BN納米管具有與C納米管相似的石墨化結(jié)構(gòu)，并具有與C納米管同樣優(yōu)異的力學(xué)性能與熱傳導(dǎo)性能，同時(shí)其耐高溫與抗氧化能力更強(qiáng)。另外與C納米管不同的是，BN納米管的電子能帶結(jié)構(gòu)與直徑和手性無關(guān)，其電學(xué)性質(zhì)是均一可控的。純BN納米管的帶隙寬度約為5.5 eV，為寬帶隙半導(dǎo)體材料。理論和實(shí)驗(yàn)研究均已經(jīng)表明，BN納米管的帶隙可以通過施加橫向電場(chǎng)(Stark Effect)、結(jié)構(gòu)形變、摻雜等手段來被進(jìn)一步調(diào)節(jié)。其中最具研究?jī)r(jià)值的是C原子的取代摻雜�；�于BN與C納米管在結(jié)構(gòu)上的相似性，通過C的控制摻雜理論上可以實(shí)現(xiàn)納米管帶隙寬度在BN與C之間的大幅度調(diào)節(jié)。可控、可調(diào)的電子能帶結(jié)構(gòu)，使得BN與B-C-N納米管在納米電子器件等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

    該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委的項(xiàng)目資助。