成果介绍：一种新纳米结构-管状石墨锥

日期 2003-05-06　来源：　作者：　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　新纳米结构的探索是近年来物理、化学、材料等领域的研究热点之一。中科院物理所王恩哥小组在多年从事CVD方法制备轻元素纳米结构的基础上，用自行研制的微波等离子体CVD系统在铁针尖上成功合成了一种新纳米结构 - 管状石墨锥。为了进一步确定这种特殊结构，博士生张广宇同学赴德国夫琅和夫研究所在姜辛博士的指导下，进行了仔细的电镜分析。这项研究发现，新的纳米结构的外形呈多棱锥状，锥的中心是一个空管。锥的顶部直径2 - 20个纳米，而底部直径可达1微米。更加令人惊奇的是所有的石墨层具有相同的手性-zigzag型。　　九十年代初发现的碳纳米管是由石墨层卷成的同心管。根据层数的多少，可以把它们分成单壁管和多壁管。不同的卷曲方式会导致不同手性。科学家们通过分析多壁碳管的电子束衍射数据，发现同一根管中不同层的手性是没有什么规律的，只有很少数的一些石墨层可能具有相同的手性。理论计算和实验结果都证明，石墨层的手性是影响纳米管的电子结构及其性质的关键因素。因此，如何控制纳米管的手性，一直是人们面临的重要挑战之一。王恩哥小组第一次成功地报道了对纳米管状结构手性实现控制的结果。　　由于这种独特的锥状结构，它可能会在扫描探针显微学、场电子发射器件、纳米加工以及生物化学等领域有广泛的应用前景。与相同长度的碳纳米管相比，管状石墨锥具有极其优越的径向机械强度和稳定性，可以做为理想的扫描探针的针尖、纳米机械压头和场发射材料。锥内的小孔径通心管（几个到几十个纳米）又可以做为储存和输运液态物质的纳米通道。特别重要的是，石墨锥的底部尺寸达到了微米量级，它可以用今天的微加工技术直接操作，是制作单个纳米器件非常理想的材料。　　该项目得到了中科院知识创新工程、国家自然科学基金委"创新研究群体"基金、重点基金及国家科技部973及863项目的资助。有关成果发表在2003年4月18日的Science 300, 472(2003)上。