納米奧巴馬：在電子顯微鏡下看到的碳納米管奧巴馬畫像

產學研大聯動 新一代材料碳納米管嶄露頭角

碳納米管是1991年被發現的一種碳結構，它是由若干層碳原子卷曲而成的籠狀“纖維”，內部中空。可以看作是由石墨烯片層卷曲而成，因此按照石墨烯片的層數可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。這種材料很輕，但很結實。碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。

“碳納米管是我所能見到的最好的導電材料。”

美國賴斯大學化學和材料科學教授安德魯·巴倫希望用這種材料制成一些非常大東西，例如幾千英里長的高導電電力傳輸線，用于建設更有效的能源網格。

而這也是賴斯大學已故教授理查德·斯莫利一個未完成的構想，他因為發現了碳納米而榮膺諾貝爾化學獎。

技術突破

碳納米管，這種二十世紀末被發現的特殊材料今年變得廣受矚目。這一研究領域的終極目標之一，便是依靠掌握碳納米管的手性，即分子的對稱特點，合成單壁碳納米管。

來自芬蘭阿爾托大學、俄羅斯普羅霍羅夫普通物理研究所以及丹麥技術大學電子顯微中心的科學家們日前宣布，他們已經掌握了碳納米管中超過50%的手性。

這一關鍵技術的突破意味著碳納米管的商業開采以滿足無數實際應用正式邁開腳步。

在碳納米管被發現之初，技術和復雜的工藝令這一技術止步不前。其無法在實際生產中發揮作用的一大制約因素，便是人們沒法很好地掌握其手性，手性決定著碳納米管的光學和電子特性。

就好比你拿起一張紙，當你將它卷起放入一只試管中是，它會呈現一種狀態；而當你將它卷成某個角度，它又會呈現另外一種樣子。“是的，這就是我們如何解釋單壁碳納米管的結構。就像按照各種方向和寬度，將石墨烯片通過不同的方式卷曲。”阿爾托大學科學院應用物理系的教授艾司科·考皮寧說。

產業落地

碳納米管被視為有朝一日有望超越硅在生產計算機芯片中的作用。它比硅晶體管體積更小，速度更快，同時也更節能。碳納米管也曾被海外媒體譽為21世紀材料界的奇跡，可以用于水和油的凈化，人造肌肉、骨骼支架或是細胞療法，甚至還可以用來制造更好的平板電腦顯示屏，LED及柔性顯示屏。

近期，富士康旗下的天津富納源創科技有限公司通過與清華大學團隊的產學研結合，成功實現了全球首個碳納米管觸控屏產業化。

航天工程學家也為這種超級材料著迷。研究人員正在尋找一種更為強勁且更輕的材料用于下一代商業飛機，理想的方法之一便包括將碳納米管涂于碳纖維表面進而增加其強度。麻省理工學院的博士后斯蒂芬·施泰納說，這是一個令人感到興奮的領域，并且極有可能對環境、飛行器等方面產生大范圍的影響。

此外，來自新加坡南洋理工大學的研究人員也利用單壁碳納米管膜作為材料之一，成功研制出具有超強伸縮性、高集成度的超級電容器的儲能裝置，用于彌補彈性電子產品急需的能量來源。（記者 王宙潔）

■延伸閱讀

神奇的納米世界

作為納米家族的成員之一，碳納米管的出現令材料界不為人知的商業錢景浮現在了人們的面前。

無論是電動車還是電池，或是人體組織甚至收音機，納米充斥著我們生活的方方面面。對電動汽車或插入式混合動力汽車而言，它們需要更便宜且能量密度更高的電池，來和傳統汽車競爭。斯坦福的研究人員便成功實現了這一點，納米成為他們的殺手锏。設計出新的納米結構，還可以極大地增加可充電的次數，足以滿足很多商業應用。

也有報道稱，單壁碳納米管陣列結合硫化電解質，便可以制成更強大的太陽能電池，萊斯大學開發的這種染料敏化太陽能電池，其成本只有硅基太陽能電池的一小部分，極大地降低了太陽能電池的成本。

此外，還有一種由廉價材料制造的納米發電機。據海外媒體報道，佐治亞理工學院的研究人員已經開發出一款原型產品，能利用運動摩擦產生的靜電給手機電池充電。這種納米發電機能將機械運動能量的10%至15%轉換為電能，而更薄的材料轉換率甚至可以達到40%。

更令人嘆為觀止的是其在生命科技領域的應用。布朗大學的研究人員發現，碳納米管作為一種納米材料，具有導電性，可以模擬人體組織，幫助心臟修復，最終實現心臟組織的細胞再生。

斯坦福大學則在全力發展以矽為基礎的納米線技術。據海外媒體報道，這種技術不僅能儲存大量電能，催生新世代高能量納米電池，亦可組成透明電極網路，實現手機電池透明化設計。

報道稱，斯坦福大學正積極與產業界研擬技術合作，可望在未來1至2年內，將納米線應用于行動裝置鋰電池設計，以延長現有裝置的平均續航力，并縮減電池占位空間。