神奇的碳纳米管自身限制效应

根据斯旺西大学能源安全研究所（ESRI）的研究人员与莱斯大学的研究人员的合作研究，碳纳米管的束缚电子特性针对下一代纳米器件来说不仅需要尽可能纯粹来实现最大效率，还需要把接触的影响尽可能地限制到很小。

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能源安全研究所的所长Andrew Barron，也是美国的莱斯大学教授，和他的团队找到了一种获取足够纯净的纳米管的方法，在这个过程中获得可重复的电子测量，不仅解释了为什么碳纳米管的电学性质历来是如此难以衡量的一致性，还已经表明或许会存在一个利用碳纳米管的“纳米”材料实现电子设备的限制。

像任何正常的金属丝一样，半导体纳米管对电流的电阻也越来越大。但是，多年来纳米管的电导率测量一直是一致的。能源安全研究所的研究人员想知道这是为什么。

“我们对纳米管基导体的建立很感兴趣，虽然人们已经能够制造导线，但它们的导电性能却没有达到预期。我们对于研究人员观察到的那些材料特性的变化非常感兴趣。”

他们发现很难除去残留的铁催化剂、碳和水，这很容易影响电导率测试的结果。我们打算燃烧掉多于的材料，Barron说，创造了碳纳米管在纳米电子学的新的可能性。

这项新研究发表在美国化学学会期刊《Nano Letters》上。

研究人员首先制作出多壁纳米管，其直径位于40和200纳米之间且达到30微米长的碳纳米管。然后，他们要么在真空中加热纳米管，要么用氩离子轰击它们来清洁表面。

他们用一种测试任何导电体的方法来测试单个纳米管：用两个探针接触它们，看看电流从一个尖端到另一个电极的电流。在这种情况下，他们的钨探针附着在扫描隧道显微镜上。
在干净的纳米管中，随着距离的增加，电阻变得越来越强。但是当探针遇到表面污染物时，结果是扭曲的，从而增加了尖端的电场强度。当测量彼此之间4微米时，由污染物引起的耗尽导电区域重叠，进一步影响结果。

“我们认为，这就是为什么在许多文献中结果出现不一致性，”Barron说。

如果纳米管是下一代轻量导体，那么对于诸如马达、发电机和电力系统等设备来说，需要一批一批以及样品到样品的一致的结果，。

他们发现，在200摄氏度（392华氏度）的真空中退火纳米管会减少表面污染，但不足以消除不一致的结果。氩离子轰击也清洗了管，但导致了电导率降低缺陷的增加。
最终，在他们报告中说明，他们发现在500摄氏度（932华氏度）的真空退火纳米管减少了污染，足以精确测量电阻。

直到现在，Barron说，工程师在设备使用的碳纳米管纤维或薄膜改性材料通过掺杂或其他手段来获得他们所需要的导电性能。但如果源纳米管充分净化，他们应该能够通过简单地把他们的联系得到了正确的位置正确的电导率。

“我们工作的一个重要的结果是，如果在纳米管接触小于1微米的碳纳米管的变化外，从导体到半导体的电子特性，由于存在重叠的耗尽区”Barron说，“这有一个潜在的限制因素对碳纳米管的尺寸为基础的电子设备，这将限制摩尔定律对纳米器件的适用。”

原文来源：https://phys.org/news/2018-01-carbon-nanotubes-devices-limit-nano.html（实验帮译）

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