科学家发现拉伸纳米管可改变其结构和导电性能

近日，NUST MISIS无机纳米材料实验室的研究团队开发了一种新技术，通过拉伸纳米管改变其结构和导电性能，可应用于电子和高精度传感器，如微处理器和探测器。该研究论文已发表在Ultramicroscopy上。

碳纳米管是以特殊方式卷起的石墨烯片。通过不同的折叠方式，石墨烯边缘以不同的角度互连，形成扶手椅，锯齿形或手性纳米管。

纳米管被认为是用于电子和传感器的极佳材料，因为它们具有高导电性，在诸如微处理器和高精度检测器的情况下可以很好地工作。但是，在实际生产过程中现有技术难以控制其导电性。具有金属和半导体特性的纳米管可以生长成单个阵列，而基于微处理器的电子器件需要具有相同特性的半导体纳米管。

NUST MISIS无机纳米材料实验室的研究人员与Dmitri Golberg教授领导的日本、中国和澳大利亚的研究团队共同提出了一种方法，通过改变纳米管的结构，从而控制其导电性。

“纳米管的基础结构是正六边形网格，顶点是碳原子。如果纳米管中的一个碳键旋转90度，则形成五边形和七边形，获得所谓的Stone-Wales缺陷。在某些条件下，这种缺陷可能发生在结构中。

纳米结构基础理论材料科学负责人Pavel Sorokin副教授表示：“早在90年代后期，研究人员就预测，这种缺陷沿着高度加热的纳米管壁移动并施加机械应力可能导致其结构发生变化-纳米管手性的连续变化，从而导致其电子特性发生变化。一直以来没有获得该假设的实验证据，但现在我们的研究论文提供了令人信服的证据。”

NUST MISIS无机纳米材料实验室的研究人员在原子水平上进行了实验模拟。首先，纳米管被加长以形成由两个五边形和两个七边形组成的第一个结构缺陷（Stone-Wales缺陷），其中管的延长开始“扩散”到两侧，重新排列其他碳键。而正是在这个阶段，纳米管的结构发生了变化。随着进一步拉伸，越来越多的Stone-Wales缺陷开始形成，最终导致纳米管导电性的变化。

该研究工作的合作者Dmitry Kvashnin表示：“我们负责新材料建模和开发实验室的超级计算机过程的理论建模，我们很高兴模拟结果支持实验数据。”

该技术能够帮助转换“金属”纳米管结构，以进一步应用于半导体电子器件和传感器，例如微处理器和超灵敏检测器。

原文来自：phys，原文题目：Deformation of nanotubes to control conductivity，由材料科技在线团队编译。