奈米管本身已經非常微小。但是,加州大學伯克利分校的研究人員已經找到一種方法,使這些碳結構變得更小。奈米管的尺寸(用於質量和化學感測器以及電晶體和振盪器)賦予了其能夠實現更精確性能的特性——例如,以更高的頻率振盪或提高導電性。“我們現在控制了一種重要的奈米級構建模組,我們現在可以將其整合到各種裝置中,”凝聚態物理學研究生 Tom Yuzvinsky 說,他是這項研究的合著者。
先前縮小奈米管的嘗試包括用電子照射微小結構。Yuzvinsky 解釋說,這種轟擊會由於質量損失而導致缺陷——有效地將光滑的管子變成瑞士乳酪。在新方法中,伯克利的研究人員希望利用這種質量損失,因此他們透過“向奈米管中泵入大量電流”來加熱奈米管,同時對其進行照射,Yuzvinsky 說。透過奈米管的熱量(其溫度升高到數千度)幾乎將其融化成液體。儘管結構壁中產生了缺陷,但原子處於近液態,會重新排列以填充空隙,這一過程稱為退火。“你達到了一個可以重新排列成最穩定形狀的點,”Yuzvinsky 說,“這是它最堅固的狀態。” 奈米管兩端的電氣觸點是固定的且未受損,科學家們使用透射電子顯微鏡監測進展。
在這篇論文中,該論文計劃於 12 月 13 日在《美國化學學會奈米快報》上發表,作者描述了一個奈米管從直徑 21.5 奈米縮小到 0.9 奈米的過程。“對於某些應用,”Yuzvinsky 指出,“你需要精確設定 [奈米管的] 直徑。因此,如果你有一個機械振盪器,並且想要調整其工作頻率,你需要調整振盪奈米管的剛度。而做到這一點的一個簡單方法是改變直徑。”
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這個過程所需的時間取決於所用電流的大小和照射時間,Yuzvinsky 指出,並補充說,新的論文描述了在 30 分鐘內縮小奈米管,儘管這個過程可能更快或更慢。倫斯勒理工學院的材料工程師 P. M. Ajayan 表示,伯克利團隊能夠在奈米管結構轉變過程中進行“直接測量”給他留下了深刻印象。然而,他擔心“由於高壓電子照射與製造工藝不相容,因此該工藝可能不適用於實際器件工程。”
目前,這種新方法一次只能縮小一個奈米管的尺寸,但 Yuzvinsky 表示該過程可以自動化。除了調整該方法以進行大規模生產外,他還表示,就其目前的形式而言,“下一個合乎邏輯的步驟是將它應用到所有地方。” 例如,他說,縮小的奈米管可以用於建立定製感測器,用於檢測亞原子尺度的質量。他還指出,該過程將允許對奈米管的物理特性進行更多研究。“現在你可以預先選擇直徑,然後測量電子特性、機械特性、化學特性——任何你想做的。”