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微電子所等在超強抗輻射碳納米管器件與電路研究中取得進展
中國科學院微電子研究所抗輻照器件技術重點實驗室與北京大學教授張志勇、中科院國家空間科學中心副研究員陳睿合作，研制出基于局域底柵的碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機存儲器，并系統(tǒng)研究了碳納米管器件與電路的綜合抗輻射能力（圖1）。研究顯示，局域底柵碳納米管晶體管和靜態(tài)隨機存儲器在受到2.8×1013 MeV/g的位移損傷輻照后，仍可承受2Mrad（Si）的電離總劑量輻照和104 MeV·cm2/mg的等效激光單粒子輻照，且綜合抗輻射能力優(yōu)于硅基器件四倍（圖2）。上述成果證明，碳納米管器件和電路具有超強的抗輻射能力，為下一代宇航芯片研制開辟了重要的技術路徑。
圖1.碳納米管器件與電路的激光模擬單粒子測試結果
圖2.碳納米管器件與電路的綜合抗輻射能力
朱美芳院士團隊《Nature communications》：突破限制！將廢木質素連續(xù)加工成高價值的碳納米管纖維
東華大學朱美芳院士團隊通過溶劑分散、高溫熱解、催化合成、組裝等方法連續(xù)制備高性能碳納米管纖維。碳納米管纖維是在二茂鐵的催化下，由分解木質素釋放的一氧化碳和氫氣合成的。經過處理后，該纖維的抗拉強度為1.33GPa，導電性為1.19×105S/m，優(yōu)于迄今為止大多數(shù)生物質炭材料。更重要的是，本研究實現(xiàn)了以120m/h的連續(xù)生產速度制備CNT纖維。因此，該制備方法可擴展到其他生物質材料，將極大地促進生物質在廣泛領域的高價值應用。
將木質素連續(xù)合成碳納米管纖維的機理及其工藝原理
中國石油大學成功制備新型竹狀碳納米管
為了消除電磁輻射的危害，非常需要具有長期穩(wěn)定性的輕質高效電磁波吸收（EWA）材料。中國石油大學（北京）李永峰教授團隊研究通過簡單的煅燒策略成功制備了用可控尺寸的Co磁性納米粒子（Co@CNT）包裹的新型竹狀碳納米管。最終的EWA屬性可以通過調整填料負載、煅燒溫度和模板使用來有效調整。
蘇州納米所：碳納米管支撐導電金屬有機框架，用于軟致動器
中科院蘇州納米所張珽課題組研究通過設計分層的基于Cu-MOFs的活性材料組裝了軟離子致動器，該活性材料由通過羧基多壁碳納米管（Cu-CAT@MWCNT）共價橋接的導電鄰苯二酚（Cu-CAT）納米片組成。
得益于Cu-CAT@MWCNT電極的大機電變形和快速響應速率，組裝的軟致動器具有16.6mm的大位移和0.52%的高彎曲應變（±3V的交流電）和高能量轉換效率（3.02%)，具有超過10000次循環(huán)的循環(huán)穩(wěn)定性（頻率范圍為0.1-10赫茲）。此外，還展示了組裝在機器人上時抓取物體的能力。基于Cu-CAT@MWCNT混合材料的電極指出了構建具有改進性能的軟執(zhí)行器并拓寬其應用的可行途徑。
科學家找到碳納米管手性和導電性調控新途徑
中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部劉暢研究員等人與日本國立材料科學研究所、澳大利亞昆士蘭科技大學、俄羅斯國立科技大學等單位合作，在碳納米管手性改造與分子結晶體管研究中取得最新進展，為碳納米管的手性及導電屬性調控提供了新途徑，顯示了碳納米管分子節(jié)晶體管的優(yōu)異性能。
研究人員利用原位透射電子顯微鏡對單根碳納米管進行原位加工、表征與測量，通過精確控制透射電鏡樣品桿上的壓電納米探針對碳納米管加熱并施加拉伸應力，誘導其局部塑性變形與手性演變。利用球差校正電鏡圖像和納米束電子衍射圖譜對變形前后碳納米管的手性進行分析，在近30次連續(xù)手性轉變過程中發(fā)現(xiàn)碳納米管的手性角具有向高角度轉變的明顯趨勢。對以碳納米管為溝道的晶體管的電學輸運特性進行原位測試，結果表明該方法可實現(xiàn)碳納米管金屬性向半導體性的可控轉變。研究人員利用此方法制備出溝道長度僅為2.8納米的金屬—半導體—金屬構型碳納米管分子結晶體管，并觀察到其室溫量子相干輸運性質和法布里—珀羅干涉效應。
J.Mater.Chem.A：SWCNT/n型硅異質結制備高性能光電探測器
2022年7月，Journal of Materials Chemistry A報道了單壁碳納米管薄膜（SWCNT）/n型硅（n-Si）異質結在高性能光電探測器上的應用。在這項研究中，研究人員制備了一種小捆的SWCNT（small-bundled SWCNT，SB-SWCNT）薄膜，該薄膜在管-管交界處具有碳焊接結構，大大降低了接觸電阻并提高了功函數(shù)。所制造的SB-SWCNT薄膜/n-Si異質結型光電探測器顯示了非常高的可探測性，使用890 nm的激光，在0偏壓下可探測到4.2×1013 Jones，遠遠高于商業(yè)光電探測器。此外，該探測器還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在空氣中暴露30天后仍能保持97%的R值，并且具有寬的光響應范圍（540-1090nm）。
ACS Nano：高強度、多功能MXene/有序CNT復合薄膜
2022年10月，ACS Nano報道了一種輕、薄、面積大和超靈活的化學交聯(lián)MXene/有序碳納米管復合薄膜。該薄膜除了具有較高的機械強度、良好的導電性、疏水性和氧化穩(wěn)定性，還兼具電磁屏蔽（EMI）、電熱轉換和光熱抗菌的多功能可穿戴性能。在薄膜厚度為8至28μm時，X波段電磁干擾屏蔽效果（SE）為24至70dB。此外在8.2-40GHz的超寬帶頻率范圍內，SE超過60dB。其最大比表SE高達122368 dB·cm2·g–1，遠遠超過了其他報道的屏蔽效果。由于該薄膜的良好電/光熱性能，賦予了其高效的除冰和抗菌性能。因此這種多功能薄膜在可穿戴設備、國防、抗菌和物聯(lián)網方面顯示出巨大的應用潛力。
科學家首次利用DNA實現(xiàn)碳納米管可控有序修飾
華南理工大學前沿軟物質學院教授林志偉與美國國家標準與技術研究院（NIST）研究員鄭銘，利用DNA首次實現(xiàn)了單壁碳納米管（SWCNTs）的可控有序修飾。相關研究發(fā)表于《科學》。
可控有序修飾的單壁碳納米管。研究團隊供圖
該研究通過簡單的DNA序列設計和精密的結構表征，為SWCNTs可控化學修飾開辟了一個全新思路。林志偉表示，“精確可控的修飾方法，使得科學家有望像服裝設計師一樣，按自己的想法‘可定制化’地設計SWCNTs化學結構，以實現(xiàn)特殊的性能，例如超導性能和量子性能等，進而實現(xiàn)在航空航天、量子計算機、量子通信、新一代生物醫(yī)療等領域的前沿應用。”
蘇州納米所利用層狀化結構工程策略構筑高導電碳納米管氣凝膠薄膜
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同團隊提出了納米纖維三維網絡結構層狀化工程策略，實現(xiàn)了碳納米管氣凝膠薄膜的高效導電網絡構筑，制備出了一種具有致密層狀多孔結構的高導電碳納米管氣凝膠薄膜。這為高導電性碳納米管氣凝膠薄膜的制備提供了新思路。此外，該碳納米管氣凝膠薄膜在輕量化電磁屏蔽材料和電加熱等領域顯現(xiàn)出應用前景。
納米纖維氣凝膠薄膜的結構重構過程
Nat.Commun.：銀薄膜/CNT膜異質結構展現(xiàn)驚人光電性能
2022年4月，Nature Communications 報道了研究人員通過范德華力將銀納米結構薄膜（AgNSF）和碳納米管薄膜（CNTF）連接起來，在玻璃基底上制造出AgNSF/CNTF異質結構，該異質結顯示出驚人的光熱轉換能力和良好的光電響應特性。當照射該異質結的激光波長從紫外變化到太赫茲時，異質結中心的溫度和器件的輸出光電壓迅速增加，最大溫差達到215.9K，明顯高于文獻中報道的其他光熱發(fā)電材料的溫差。其中光熱和光電響應取決于激光的波長，分別為175~601KW-1和9.35~40.4mVW-1。此外，該項研究還證明，碳納米管的光吸收是由局部表面質子增強影響，而輸出的光電壓則由塞貝克效應主導。研究中制備的異質結構可以作為高效敏感的光熱材料或超寬帶快速反應的光電材料被應用。
UCLA盧云峰教授：球形石墨烯-碳納米管鑲嵌硅實現(xiàn)高機械彈性鋰離子電池負極材料
美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）盧云峰教授，沈力博士報道了通過噴霧干燥與化學氣相沉積（CVD）原位合成了一種具有優(yōu)秀機械彈性的三維石墨烯-碳納米管-硅復合材料（G-Si-CNTs）, 同時實現(xiàn)了硅碳負極優(yōu)秀的循環(huán)穩(wěn)定性（700圈2A g-1容量保持率90%；0.014% 容量損失每圈）與機械性能（在100MPa的壓力下結構保持穩(wěn)定），為設計與工業(yè)輥壓工藝兼容的硅碳負極材料提供了新的思路。
碳納米管薄膜新屬性發(fā)現(xiàn)
俄羅斯莫斯科斯科爾科沃科學技術研究所和莫斯科技術物理大學找到一種改變碳納米管薄膜電子特性的方法。相關研究成果發(fā)表在《碳》雜志上。
俄科研人員在太赫茲和紅外線頻率范圍研究了用合成氣相淀積法獲得的碳納米管薄膜。一部分薄膜的制作使用了從0.3-13微米的不同長度的納米管。另外一部分使用了在氧離子作用下獲得的薄膜，這種作用改變了薄膜的電性能。
研究發(fā)現(xiàn)，在比較短的納米管或者氧離子作用下制成的薄膜中，電阻溫度系數(shù)增加。在氧離子作用持續(xù)時間超過100秒或當納米管長度小于0.3微米時，電阻溫度系數(shù)達到飽和，在這種情況下原始碳納米管薄膜結構被破壞，原有屬性消失。
信息來源：微電子研究所、中國科學報、蘇州納米技術與納米仿生研究所、易絲幫、Composites World、科技日報、先豐納米、能源學人等。
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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