中國粉體網(wǎng)訊 如今半導體圈最棘手的事莫過于摩爾定律即將終結，研究人員不得不尋找硅材料的替代者來提升半導體的性能，而碳納米管就被認為是最有可能取代硅的材料之一。
1、美國威斯康星大學：成功制備1英寸碳納米晶體管，性能超越硅晶體管
近日，美國威斯康星大學麥迪遜分校已經(jīng)在這一材料的研發(fā)上取得了跨越式的突破，該校的材料學家成功研制了1英寸大小碳納米晶體管，并且首次在性能上同時超越了硅晶體管和砷化鎵晶體管。
顧名思義，碳納米晶體管是由碳納米管作為溝道導電材料制作而成的晶體管，其管壁只有一個原子厚，這種材料不僅導電性能好，而且體積能做到比現(xiàn)在的硅晶體管小100倍。另外，碳納米晶體管的超小空間使得它能夠快速改變流經(jīng)它的電流方向，因此能達到5倍于硅晶體管的速度或能耗只有硅晶體管的1/5。
不過因為技術的瓶頸，過去很長一段時間研究人員都沒能研制出性能優(yōu)于硅晶體管和砷化鎵晶體管的碳納米晶體管，更不用奢望其應用在各類電子設備中。
據(jù)了解，按照傳統(tǒng)的做法，碳納米管內通常會混雜一些金屬納米管，但是這些金屬納米管會造成電子裝置短路，從而破壞碳納米管的導電性能。威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員這次另辟蹊徑，他們利用聚合物取代了幾乎所有的金屬納米管，將金屬納米管的含量降到0.01%以下，這樣的做法大大提升了導電性能。
除此之外，該研究團隊還在工藝上做出了改善，他們研發(fā)出的溶解方法成功移除碳納米管制造過程中產(chǎn)生的殘渣。
威斯康星大學麥迪遜分校材料工程學教授邁克·阿諾德表示：“我們的研究同時克服了碳納米管面臨的多重障礙，最終獲得了性能首超硅晶體管的1英寸碳納米晶體管。碳納米管的許多設想仍有待實現(xiàn)，但我們終于在二十年后實現(xiàn)了趕超。”
2、加拿大麥克馬斯特大學發(fā)明了一項新的碳納米管提純技術
想象一下，未來，你的電子報紙可以被隨意卷起來，就算你把咖啡打翻，將水倒在上面，也不會影響電子報紙的更新和閱讀——當然，這只是眾多被認為會在將來出現(xiàn)的黑科技之一，聽起來的確很炫酷。但是想要完成這個目標還需要搞定一項關鍵技術，那就是如何對碳納米管進行分離。而最近，加拿大麥克馬斯特大學（McMaster）的Alex Adronov研究小組發(fā)明了一項新的提純技術，該項技術為碳納米管的制取掃平了道路。
碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，是一種與頭發(fā)絲生物結構類似的碳結構。它的直徑只有十億分之一米，具有許多特殊的力學、電學和化學性能。
由于碳納米管的結構與石墨的片層結構相同，所以它具有很好的電學性能，同時又更加耐熱。除此之外，它的韌性極高，是目前可制備出的具有最高強度比的材料，能夠給復合材料的性能帶來極大的改善。并且，雖然與高分子材料的結構相似，但其結構卻比高分子材料穩(wěn)定得多。使用碳納米管替代硅為原料，能夠讓存儲器和處理器以三維方式堆疊在一起，降低了數(shù)據(jù)在兩者之間轉換的時間，從而大幅提高了計算機芯片的處理速度。
近些年，隨著碳納米管及納米材料研究的深入，其廣闊的應用前景也在不斷地展現(xiàn)出來。這種纖細的柔性材料被認為將來能夠替代計算機或其他電子設備中的硅基芯片。
不過，科學家們在碳納米管的制取上，一直都面臨著一個難題。碳納米管有著兩種微觀結構，即半導體型碳納米管和金屬型碳納米管。制備過程中，這兩種碳納米管同時被混在一起。雖然它們都是制取后需要保留的材料，但是只有能將兩者分開，才能發(fā)揮其功能作用。
為了解決這個難題，科學家們已經(jīng)花費了數(shù)年的時間進行研究測試，無奈卻只找到了將半導體型碳納米管溶解剝離成聚合物的方法，這樣一來，就僅僅只能夠獲得金屬型碳納米管，而獲得半導體型碳納米管的方法卻一直未能找到。 如今，研究人員終于成功地反轉了聚合物的電特性，從而能夠剝離金屬型管而只留下半導體型管。研究小組的下一步計劃是研制出更高效的聚合物，使得這個過程商業(yè)化。
“一旦我們擁有一個穩(wěn)定的，可以用來制取純凈碳納米管的技術，并且成本沒那么昂貴的話。那么地球上的很多事情都會發(fā)生快速的變化。” Alex Adronov說道，他是麥克馬斯特大學的化學專家，正是他的團隊發(fā)明了這種具有極大潛在效益的提純碳納米管的技術。
在麥克馬斯特大學，研究人員們正在電子顯微鏡中心做著精密的研究，專家們正展開緊密的合作，他們都在為進一步提純碳納米管做著努力。如果這項技術能夠得到普及，那么一種新的芯片制作材料——比硅更穩(wěn)定而且更抗熱、速度更快的碳納米管將顛覆傳統(tǒng)的計算機結構設計。
“在這個世界上，已經(jīng)很少有一個地方能夠讓人們展開這樣跨學科的創(chuàng)造性工作了�！盇dronov說。下一步，他的團隊將找到一種方法來開發(fā)更有效的聚合物，以擴大碳納米管的商業(yè)化生產(chǎn)進程，并且在未來，發(fā)現(xiàn)碳納米管更加廣泛的用途。
