横空出世！阿尔托大学首次成功制成彩色碳纳米管薄膜

摘要:

文章介绍了一种可以制造大量的彩色纯单壁碳纳米管的方法，其颜色可以从彩虹的色调中任意选择。这种方法的秘诀在于精细的制造过程以及使用了少量的二氧化碳。这种薄膜可以应用于触摸屏技术或新型太阳能电池的涂层。

单壁碳纳米管或者说是一个原子厚度的石墨烯层被卷成不同的尺寸和形状，在电子产品和新的触摸屏设备中有许多用途。从本质上讲，碳纳米管通常是黑色或深灰色的。

在他们发表在《美国化学学会杂志》(JACS)上的新研究中，阿尔托大学的研究人员提出了一种控制碳纳米管薄膜制备的方法，使其能够显示各种不同的颜色——例如绿色、棕色或银灰色。

研究人员认为，这是首次通过直接合成的方法制造出彩色碳纳米管。利用他们发明的方法，碳纳米管可以在制造过程中直接产生颜色，而不是在其成品合成管上采用一系列的净化技术。

通过直接合成，既可以生产出大量的洁净样品材料，又可以避免在净化过程中对产品造成损害，这使其成为最具吸引力的可应用方法。

阿尔托大学(Aalto University)教授埃斯科•考平宁(Esko Kauppinen)表示：“从理论上讲，这些彩色薄膜可用于制造多种不同颜色的触摸屏，或显示全新光学特性的太阳能电池。”

让碳结构显示颜色，这本身就是一项壮举。实现这种着色所需要的基础技术还意味着对纳米管结构的精细控制。

Kauppinen和他的团队采用了一种独特的方法，使用金属和碳的气溶胶，使得他们可以直接从制造过程仔细操作和控制纳米管结构。

阿尔托大学(Aalto University)高级研究员姜华说：“在某种程度上，生长碳纳米管就像种树一样：种树时我们需要种子、饲料和太阳能。对我们来说，铁的悬浮纳米颗粒可以作为催化剂或种子，一氧化碳是碳的来源，因此可以作为饲料，而超过850摄氏度的反应器可以提供热量。”

Kauppinen教授的团队通过单一的生产方法使用这些资源已经有很长的历史了。为了增强效果，他们最近尝试在制造过程中使用小剂量的二氧化碳。

二氧化碳在这里作为一种接枝材料，我们可以利用它来调节各种颜色的碳纳米管的生长。通过先进的电子衍射技术，研究人员能够找到其薄膜的精确原子尺度结构。他们发现所制备的碳纳米管薄膜手性分布很窄，这意味着在整个样品中，管壁的蜂窝格子的方向几乎是一致的。手性或多或少决定了碳纳米管的电性能以及它们的颜色。

这种由阿尔托大学开发的方法有望提供一种简单且高度可扩展的制造高产量碳纳米管薄膜的方法。

该团队的博士后研究员张强(音译)博士相信：“通常你必须在批量生产和控制碳纳米管结构之间做出选择。但是有了这次的突破，我们可以同时满足两者的要求。

下一步的工作已经在进行中。考平宁（Kauppinen）教授说：“我们想要了解二氧化碳的添加是如何调节纳米管的结构并产生颜色的，这其中的科学原理是什么。我们的目标是完全控制碳纳米管的生长过程，这样单壁碳纳米管就可以作为下一代纳米电子器件的基础材料。”


文章来源：sciencedaily，原文题目：Carbon in color: First-ever colored thin films of nanotubes created，由材料科技在线团队翻译整理。