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BN纳米管的水溶液化学修饰及碳控制掺杂研究取得新进展

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本文摘要:*将近,中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家实验室王文龙、八字汪洋、王恩哥等人与日本国立材料研究所(NIMS)的科研人员合作,在BN纳米管的表面化学修饰与碳掺入研究方面获得了新进展。

*将近,中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家实验室王文龙、八字汪洋、王恩哥等人与日本国立材料研究所(NIMS)的科研人员合作,在BN纳米管的表面化学修饰与碳掺入研究方面获得了新进展。涉及研究成果已公开发表在近期的J.Am.Chem.Soc.(2008,130,8144)上。王恩哥研究组仍然专门从事轻元素B、C、N体系纳米管材料的涉及研究,此次他们在水溶液体系中,利用共轭有机分子的一种水溶性衍生物(PTAS)作为标记分子,通过非共价π-π相互作用首次顺利获得了羧基功能化的BN纳米管,为构建BN纳米管在化学与生物传感器以及纳米复合材料等方面的应用于修筑了一条新途径。

此外该工作更有意义的一个结果是,在利用PTAS对BN纳米管表面化学修饰的基础上,顺利发展出有了一种对BN纳米管展开C掺入的新方法。研究中所使用BN纳米管为多壁管,结果表明C代替掺入只发生于多壁纳米管中“将近表面”(near-surface)的少数几层BN晶格中,而里层的BN则未被C所掺入。换言之,掺入后的产物为B-C-N/BN共轴异质纳米管结构。更进一步的电输送测量结果表明,经C掌控掺入后BN纳米管的电学性质再次发生了明显转变:与显BN纳米管的绝缘体不道德有所不同,B-C-N纳米管层展现出出有典型的p-型半导体不道德。

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氮化硼(BN)纳米管是轻元素纳米管材料家族中的最重要成员之一。在元素周期表中,C为6号元素,而B、N分别为5、7号元素,B-N对与C-C对相等电子体。BN纳米管具备与C纳米管相近的石墨化结构,并具备与C纳米管某种程度出色的力学性能与热传导性能,同时其耐高温与抗氧化能力更加强劲。另外与C纳米管有所不同的是,BN纳米管的电子能带结构与直径和手性牵涉到,其电学性质是皆一高效率的。

显BN纳米管的带隙宽度大约为5.5eV,为宽带隙半导体材料。理论和实验研究皆早已指出,BN纳米管的带隙可以通过产生纵向电场(StarkEffect)、结构应力、掺入等手段来被更进一步调节。

其中*不具研究价值的是C原子的代替掺入。基于BN与C纳米管在结构上的相似性,通过C的掌控掺入理论上可以构建纳米管带上隙宽度在BN与C之间的大幅调节。高效率、固定式的电子能带结构,使得BN与B-C-N纳米管在纳米电子器件等领域具备最重要应用于前景。

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该研究工作获得了国家自然科学基金委的项目资助。


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