科學家們使碳納米管森林長得比其他任何地方都要長

如今，光學，電子，水凈化和藥物輸送等眾多行業都在以前所未有的規模通過稱為碳納米管(CNT)的納米級蜂窩狀石墨片卷進行創新。諸如重量輕，結構方便，巨大的機械強度，優異的導熱性和導電性以及穩定性等特征使CNT領先于其他材料替代品。但是，為了滿足其不斷增長的工業需求，必須不斷擴大其生產規模，這是使用CNT的主要挑戰。

盡管科學家們能夠生長大約50厘米長的單個碳納米管，但是當他們嘗試陣列或森林時，它們卻撞到2厘米左右的天花板。這是因為對于森林中CNT的生長至關重要的催化劑在森林中的CNT不再能夠生長之前就失活和/或耗盡，這增加了CNT生產的貨幣和原材料成本，并威脅到其工業用途的上限。

現在，來自日本的一組科學家制定了一項突破性的策略。在他們發表在Carbon上的研究中，該團隊提出了一種對常規技術的新穎方法，該技術可以產生創紀錄長度的CNT森林：?14 cm，比先前的最大值大七倍。早稻田大學副教授Hisashi Sugime領導該小組，他解釋說：“在常規技術中，由于催化劑的逐漸結構變化，CNT停止生長，因此我們專注于開發抑制這種結構變化的新技術，使CNT可以生長更長的時間。”

該團隊根據之前的研究發現，創造了催化劑。他們將coated(Gd)層添加到涂覆在硅(Si)襯底上的常規鐵鋁氧化物(Fe / Al 2 O x)催化劑中。該Gd層在一定程度上防止了催化劑的劣化，使森林長到大約5厘米長。

盡管碳納米管森林很難通過傳統方法長成，但技術上的一些微調可以使情況發生巨大變化。圖片來源：早稻田大學久志壽男

為了進一步防止催化劑變質，研究小組將催化劑放在其原始腔室中，該腔室稱為冷氣化學氣相沉積(CVD)室。在那里，他們將其加熱到750°C，并向其提供少量(百萬分之一)的室溫鐵和鋁蒸氣。

這使催化劑保持了26小時的強度，在這段時間內，茂密的CNT林可以長到14厘米。各種表征生長的CNT的分析表明，它們具有很高的純度和競爭力。

這項成就不僅克服了碳納米管在工業上廣泛應用的障礙，而且為納米科學研究打開了大門。Sugime說：“這種簡單但新穎的方法通過提供ppm級的蒸氣源來大大延長催化劑的壽命，對于石油化學和納米材料晶體生長等其他領域的催化劑工程具有深刻的見解。” “這里的知識對于使納米材料成為普遍存在的現實至關重要。”