作者:张晴丹 来源:中国科学报 发布时间:2024/3/19 19:00:54
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科研人员用碳纳米管制成碳基半导体

 

碳纳米管最早发现于20世纪90年代初,因卓越的性能而独树一帜。碳纳米管在导电和导热方面的表现令人惊讶,在研发更快、更小、更高效的电子产品的过程中,一直被认为是硅的潜在替代品。

但是,生产具有特定性能的碳纳米管仍是一项巨大的挑战。某些碳纳米管根据其卷绕方式被归类为金属纳米管,这意味着电子可以以任何能量穿过它们,无法关闭其导电性。这限制了它们在数字电子领域的应用,数字电子产品使用打开或关闭的电信号来存储二进制状态,就像硅半导体晶体管在0位和1位之间切换一样。

美国杜克大学教授Michael Therien团队找到了解决这个问题的“钥匙”,他们开发出一种制造碳基半导体的新方法,即用丝带状聚合物包裹碳纳米管,同时施加外部能量控制其导电性,有望取代硅基半导体生产出更快、更小、更高效的电子产品。3月11日,这项研究发表于美国《国家科学院院刊》。

“我们采用了一种总是让电流通过的金属碳纳米管,用特殊的聚合物以有序的螺旋状缠绕在其周围,就像在铅笔上缠绕丝带一样。”论文第一作者、杜克大学博士Francesco Mastrocinque介绍。

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图片来源:Francesco Mastrocinque

他们发现此时该纳米管的电子特性从导体转变为半导体——施加低能光照等外部能量时导电,撤除外部能量后不导电,由此获得一种碳基半导体。这种影响是可逆的,当缠绕物被打开,这种碳纳米管立即恢复原来的金属状态。

Therien表示:“我们提供了一个微妙的新工具,可以让你通过设计来制造半导体。有朝一日可能被用于制造电子设备,从夜视镜、运动探测器到更高效的太阳能电池。以太阳能电池为例,这项技术可用于制造纳米管半导体,将更广泛的波长转化为电能,以利用更多的太阳能量。不过,该方法的实际应用可能还很遥远,我们距离制造设备还有很长的路要走。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.231707812

 

 

 
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