低维与纳米尺度系统
碳纳米管
/ KAR-bun NAN-oh-tyoob /
拿一张纸,卷成一根吸管。现在设想这张纸是石墨烯——单层的碳原子,而这根吸管细到,把成千上万根并排放在一起,也几乎抵不上一根头发丝那么宽。这根小小的卷管,就是碳纳米管。
碳纳米管正是这样:把一张石墨烯卷成一根无缝的空心圆筒,有时两端还像封口的试管一样盖着帽。让石墨烯坚韧的那些强碳键,如今绕着圆筒兜了一整圈,于是这根管子成了已知材料中按重量论最坚硬、最强韧的几种之一。有趣的是,蜂窝图案在卷绕时倾斜的角度——也就是“卷绕方向”——决定了一根管子究竟会像金属那样导电,还是表现得像半导体。
碳纳米管之所以重要,是因为它把惊人的强度、轻盈的重量和可调的电学行为,全都浓缩进一个仅约一纳米宽的物体里,使它有望用来做超强纤维、微型晶体管和导电薄膜。诚实的提醒是:真实批次相当杂乱:做出来的是一团缠在一起、大小不一、金属与半导体混杂的管子,要把它们干净地分拣开来仍然很难,这限制了它们在精密电子学中的应用。
一束碳纳米管,按同样的重量算,可以比钢强上几百倍。工程师们已经把它们织成纤维和导电薄片,而它也是科学家设想中“太空电梯”缆绳最钟爱的一种思想实验材料。
若按同等重量比较,碳纳米管是迄今测得最强韧的材料之一。
碳纳米管常被称为一维材料:电子能沿着它的长度自由前行,却被紧紧裹在它细小的周长上,所以对它们而言,真正算得上“可移动方向”的只有长度。
又称
另见