日前，金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)炭材料研究部通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)，采用流動(dòng)催化劑法制備出直徑分布較窄的定向雙壁納米碳繩�；陔娮愚D(zhuǎn)移的共振原理，通過(guò)對(duì)其拉曼光譜呼吸模的指認(rèn)，發(fā)現(xiàn)所得到的雙壁納米碳管大多外管具有半導(dǎo)體特性、內(nèi)管具有金屬性，呈現(xiàn)出半導(dǎo)體性-金屬性組合。這種具有半導(dǎo)體性-金屬性組合的雙壁納米碳管將可能成為很有應(yīng)用前景的分子導(dǎo)線。
雙壁納米碳管由于獨(dú)特的雙層結(jié)構(gòu)，為在納米器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。如根據(jù)構(gòu)成兩層單壁納米碳管的導(dǎo)電性不同，可用作分子導(dǎo)線和記憶功能的分子存貯器等納米電子器件，并可用作分子軸承、分子馬達(dá)等納米機(jī)械器件。同時(shí)，雙壁納米碳管的雙層結(jié)構(gòu)也為研究層間作用力對(duì)聲子和電子結(jié)構(gòu)的影響提供了理想的平臺(tái)。但是迄今為止，所制備的雙壁納米碳管由于純度低、無(wú)序排列和直徑分布較寬的特點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了對(duì)其深入的理論研究和實(shí)際應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)炭材料研究部于2002年率先提出了流動(dòng)催化劑法制備純度較高的雙壁納米碳管，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了由于組成的雙壁納米碳管的兩層單壁納米碳管不同組合所引起的層間距不恒定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并得到了與內(nèi)、外管的振動(dòng)相對(duì)應(yīng)的呼吸模，為其進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。該工作已經(jīng)成為雙壁納米碳管研究領(lǐng)域先期開(kāi)創(chuàng)性工作之一，該方法由于其產(chǎn)物純度高、可控性好以及易于放大等特點(diǎn)已經(jīng)被廣泛引用，成為雙壁納米碳管制備的主要方法。
在此工作的基礎(chǔ)上，他們利用該方法可控性好的特點(diǎn)，通過(guò)改變工藝參數(shù)成功制備出了直徑分布較窄的定向雙壁納米碳管繩。高分辨電鏡和共振拉曼光譜的研究結(jié)果表明得到的雙壁納米碳管直徑分布較窄，內(nèi)、外管徑分布于1.0-1.3 nm 和1.7-2.0 nm之間。制備出的雙壁納米碳管大多在范德瓦爾茲力的作用下形成碳管束，進(jìn)而形成宏觀長(zhǎng)度在10厘米以上、定向性較好的雙壁納米碳管繩�；陔娮愚D(zhuǎn)移的共振原理，通過(guò)對(duì)其拉曼光譜呼吸模的指認(rèn)，發(fā)現(xiàn)所得到的雙壁納米碳管大多外管具有半導(dǎo)體特性、內(nèi)管具有金屬性，呈現(xiàn)出半導(dǎo)體性-金屬性組合。這種具有半導(dǎo)體性-金屬性組合的雙壁納米碳管將可能成為很有應(yīng)用前景的分子導(dǎo)線。
由于定向雙壁納米碳管繩的準(zhǔn)一維特征，對(duì)其進(jìn)行了偏振拉曼光譜的研究。在對(duì)其G模進(jìn)行分峰處理的基礎(chǔ)上，利用群論分析，對(duì)各峰的對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行了指認(rèn)。結(jié)果表明雙壁納米碳管的G模由兩組相互獨(dú)立的單壁納米碳管的振動(dòng)模組合而成，各振動(dòng)模基本保持了其原有的峰位，表明納米碳管的徑向振動(dòng)比周向和軸向振動(dòng)受層間作用力的影響大。該結(jié)果為其直徑和導(dǎo)電性能的確定提供了輔助手段，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了由于層間作用力所造成的半導(dǎo)體性和金屬性納米碳管退偏振行為的改變。
與單壁納米碳管相比，雙壁納米碳管一個(gè)很明顯的特點(diǎn)是，其結(jié)構(gòu)不僅取決于構(gòu)成它的兩個(gè)單壁納米碳管本身的幾何構(gòu)型(直徑和螺旋性)，還依賴于這兩個(gè)單壁納米碳管之間的相對(duì)周向和軸向的原子位移。但是由于其雙層的結(jié)構(gòu)，掃描隧道顯微鏡不能給出關(guān)于其兩層碳管原子位置的精確信息。拉曼光譜的呼吸模和G模也僅僅給出了構(gòu)成它的兩個(gè)單壁納米碳管本身的幾何構(gòu)型方面的結(jié)構(gòu)信息。但是，在研究雙壁納米碳管繩的D 模時(shí)發(fā)現(xiàn)其展現(xiàn)了4個(gè)清晰可辨的峰，其高度重復(fù)性、直徑依賴關(guān)系以及偏振拉曼光譜結(jié)果表明，他們是雙壁納米碳管的本征峰。其中兩峰可指認(rèn)為與其直徑相關(guān)的峰，即來(lái)自于層間作用力較小的雙壁納米碳管；另兩個(gè)峰可被指認(rèn)為來(lái)自于兩層碳原子采用近似AB堆積的雙壁納米碳管的振動(dòng)。該結(jié)果第一次給出了兩層原子相對(duì)位置的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為拉曼光譜對(duì)于炭材料的研究以及對(duì)于雙壁納米碳管結(jié)構(gòu)的深入認(rèn)識(shí)增添了新的內(nèi)容。
雙壁納米碳管由于獨(dú)特的雙層結(jié)構(gòu)，為在納米器件領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。如根據(jù)構(gòu)成兩層單壁納米碳管的導(dǎo)電性不同，可用作分子導(dǎo)線和記憶功能的分子存貯器等納米電子器件，并可用作分子軸承、分子馬達(dá)等納米機(jī)械器件。同時(shí)，雙壁納米碳管的雙層結(jié)構(gòu)也為研究層間作用力對(duì)聲子和電子結(jié)構(gòu)的影響提供了理想的平臺(tái)。但是迄今為止，所制備的雙壁納米碳管由于純度低、無(wú)序排列和直徑分布較寬的特點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了對(duì)其深入的理論研究和實(shí)際應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)炭材料研究部于2002年率先提出了流動(dòng)催化劑法制備純度較高的雙壁納米碳管，在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了由于組成的雙壁納米碳管的兩層單壁納米碳管不同組合所引起的層間距不恒定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并得到了與內(nèi)、外管的振動(dòng)相對(duì)應(yīng)的呼吸模，為其進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。該工作已經(jīng)成為雙壁納米碳管研究領(lǐng)域先期開(kāi)創(chuàng)性工作之一，該方法由于其產(chǎn)物純度高、可控性好以及易于放大等特點(diǎn)已經(jīng)被廣泛引用，成為雙壁納米碳管制備的主要方法。
在此工作的基礎(chǔ)上，他們利用該方法可控性好的特點(diǎn)，通過(guò)改變工藝參數(shù)成功制備出了直徑分布較窄的定向雙壁納米碳管繩。高分辨電鏡和共振拉曼光譜的研究結(jié)果表明得到的雙壁納米碳管直徑分布較窄，內(nèi)、外管徑分布于1.0-1.3 nm 和1.7-2.0 nm之間。制備出的雙壁納米碳管大多在范德瓦爾茲力的作用下形成碳管束，進(jìn)而形成宏觀長(zhǎng)度在10厘米以上、定向性較好的雙壁納米碳管繩�；陔娮愚D(zhuǎn)移的共振原理，通過(guò)對(duì)其拉曼光譜呼吸模的指認(rèn)，發(fā)現(xiàn)所得到的雙壁納米碳管大多外管具有半導(dǎo)體特性、內(nèi)管具有金屬性，呈現(xiàn)出半導(dǎo)體性-金屬性組合。這種具有半導(dǎo)體性-金屬性組合的雙壁納米碳管將可能成為很有應(yīng)用前景的分子導(dǎo)線。
由于定向雙壁納米碳管繩的準(zhǔn)一維特征，對(duì)其進(jìn)行了偏振拉曼光譜的研究。在對(duì)其G模進(jìn)行分峰處理的基礎(chǔ)上，利用群論分析，對(duì)各峰的對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行了指認(rèn)。結(jié)果表明雙壁納米碳管的G模由兩組相互獨(dú)立的單壁納米碳管的振動(dòng)模組合而成，各振動(dòng)模基本保持了其原有的峰位，表明納米碳管的徑向振動(dòng)比周向和軸向振動(dòng)受層間作用力的影響大。該結(jié)果為其直徑和導(dǎo)電性能的確定提供了輔助手段，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了由于層間作用力所造成的半導(dǎo)體性和金屬性納米碳管退偏振行為的改變。
與單壁納米碳管相比，雙壁納米碳管一個(gè)很明顯的特點(diǎn)是，其結(jié)構(gòu)不僅取決于構(gòu)成它的兩個(gè)單壁納米碳管本身的幾何構(gòu)型(直徑和螺旋性)，還依賴于這兩個(gè)單壁納米碳管之間的相對(duì)周向和軸向的原子位移。但是由于其雙層的結(jié)構(gòu)，掃描隧道顯微鏡不能給出關(guān)于其兩層碳管原子位置的精確信息。拉曼光譜的呼吸模和G模也僅僅給出了構(gòu)成它的兩個(gè)單壁納米碳管本身的幾何構(gòu)型方面的結(jié)構(gòu)信息。但是，在研究雙壁納米碳管繩的D 模時(shí)發(fā)現(xiàn)其展現(xiàn)了4個(gè)清晰可辨的峰，其高度重復(fù)性、直徑依賴關(guān)系以及偏振拉曼光譜結(jié)果表明，他們是雙壁納米碳管的本征峰。其中兩峰可指認(rèn)為與其直徑相關(guān)的峰，即來(lái)自于層間作用力較小的雙壁納米碳管；另兩個(gè)峰可被指認(rèn)為來(lái)自于兩層碳原子采用近似AB堆積的雙壁納米碳管的振動(dòng)。該結(jié)果第一次給出了兩層原子相對(duì)位置的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，為拉曼光譜對(duì)于炭材料的研究以及對(duì)于雙壁納米碳管結(jié)構(gòu)的深入認(rèn)識(shí)增添了新的內(nèi)容。
