Baanbrekend onderzoek gepubliceerd in Natuur door het team van professor Feng Ding van het Center for Multidimensional Carbon Materials, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS), in samenwerking met het team van professor Jin Zhang, aan de Universiteit van Peking en collega's, heeft aangetoond hoe de synthese van speciale kleine koolstofcilinders die bekend staan ​​​​als koolstofnanobuisjes (CNT's) kan worden gecontroleerd, om horizontale arrays van CNT's met dezelfde structuur te synthetiseren.

Door hun uitzonderlijke mechanische, elektrische en thermische eigenschappen, CNT's worden beschouwd als een uitstekend alternatief voor silicium voor de volgende generatie micro-elektronica. Echter, aangezien de elektronische eigenschappen van CNT's structuurafhankelijk zijn, een betrouwbare manier vinden om CNT's met dezelfde structuur te synthetiseren, in plaats van een mix van verschillende soorten, hebben wetenschappers de afgelopen 20 jaar voor een raadsel gehouden.

CNT's lijken op vellen grafeen die zijn opgerold om kleine buisjes te vormen, 100, 000 keer dunner dan een mensenhaar. In werkelijkheid, echter, er is geen wals betrokken bij het syntheseproces, en CNT's groeien meestal van de oppervlakken van kleine metaaldeeltjes, katalysatoren genoemd, via katalytische chemische dampafzetting. Naast een ondersteunende structuur, de katalysator ontleedt koolwaterstofmoleculen in koolstofatomen die de koolstofnanobuizen vormen en vergemakkelijkt het inbrengen van koolstofatomen in de groeiende cilinder. In 2014, Ding en zijn medewerkers ontdekten dat het gebruik van vaste metaallegeringskatalysatoren, zoals W6Co7, kan leiden tot de synthese van CNT's met specifieke structuren. In hun meest recente artikel, zij breidden deze kennis veel verder uit.

Zoals in een slagschipspel waarbij de positie van de boten wordt bepaald door twee getallen, de structuur van CNT's wordt bepaald door een paar indices. IBS-wetenschappers ontdekten dat ze zowel geleidend (12, 6) en halfgeleidend (8, 4) CNT's met een zeer hoge selectiviteit. Deze structuren zijn zeer gewenst voor mogelijke toepassingen in transistorinrichtingen.

Gezien de symmetrie van de katalysatoren, de kinetiek van CNT-groei en de grootte van de katalysatordeeltjes, de onderzoekers konden de productie van CNT's afstemmen op één overheersend type. Bij gebruik van wolfraamcarbide (WC) als katalysator, de (8, 4) CNT's blijken bij voorkeur te groeien, terwijl als molybdeencarbide (Mo2C) werd gebruikt, de (12, 6) structuur overheerste. "Een specifieke katalysator kan een specifieke groep CNT's produceren omdat ze dezelfde symmetrie delen, " legt prof. Ding uit. Bovendien, de CNT's groeien parallel op een substraat en kunnen daarom direct worden gebruikt voor apparaattoepassingen.

de (8, 4) De zuiverheid van CNT's bereikte 80-90%, wat een van de hoogste is die ooit experimenteel is bereikt. "De theoretische berekeningen tonen aan dat de selectiviteit groter kan zijn dan 99,9%, geeft aan dat er nog veel ruimte voor verbetering is, " legt prof. Ding uit. Na het produceren van halfgeleiders (8, 4) CNT-arrays voor de eerste keer, het team wil de vorming van alle soorten koolstofnanobuisjes begrijpen en beheersen, en de selectiviteit in de toekomst te verbeteren.