研究人员发现了将纳米管与金属结合的方法

碳纳米管在从微电子到航空再到储能的所有领域都显示出了前景。研究人员认为，有一天，这种材料可能会实现科幻小说中创造一部通往太空的电梯的梦想

为什么不经常使用呢

辛辛那提大学化学家Noe Alvarez表示，一个障碍是无法将碳纳米管与金属表面连接起来，从而实现传感器、晶体管和其他用途的强大连接。这些空心管的直径只有十亿分之一米，但可以有几厘米长

“我们希望我们的实验具有可重复性和一致性，但纳米管不容易做到这一点，因为我们无法控制它们与金属表面的连接程度，”他说

但他和他的合作者已经证明了一种新的化学过程，将纳米管移植到金属表面，以形成一种强大、一致的导电连接。这项研究发表在《纳米级进展》杂志上

在过去的迭代中，碳纳米管被分散在溶液中，制成阿尔瓦雷斯所说的粘在金属表面的“湿意大利面”

“但没有牢固的连接。没有什么能真正将纳米管固定在表面，”他说

因此，电导率等特性的测量是不精确和不一致的

Alvarez和他在得克萨斯A&；由化学工程教授Jorge Semario领导的M大学展示了将纳米管化学结合到铜、铝、金和其他金属表面的方法

Alvarez和他的合作者从国家科学基金会获得了72万美元的资助，用于在未来三年内详细研究他们的化学发现

加州大学博士生兼该研究的主要作者Chaminda Nawarathne说：“尽管碳纳米管有很大的潜力，但为什么我们没有看到它们在广泛的商业应用中？我们有很多事情要弄清楚。”

Alvarez和他的合著者通过计算发现，有机连接中的碳原子实际上与两个铜原子结合，形成了一种特别强的键

阿尔瓦雷斯说：“这就解释了为什么我们的纳米管在化学连接后会保持连接。”

碳纳米管是出了名的强分子。它们的分子结构形成了一个优雅的六边形晶格。阿尔瓦雷斯说：“碳键是最强的键。它们是共价键。这就是为什么钻石是最硬的材料，因为它们是碳-碳键。”

虽然钻石中的碳原子是单键，但碳纳米管具有共轭的双键原子，使其比钻石更坚固

阿尔瓦雷斯说，由坚固但重量轻的碳纳米管制成的电缆已被设想用于制造“太空电梯”，将设备送入轨道。布拉德·皮特（Brad Pitt）的电影《广告之星》（Ad Astra）的开场白中描绘了一部太空电梯。

但力量只是它们的独特特性之一

碳纳米管被用来制造地球上最黑的合成材料。阿尔瓦雷斯说，他们与金属的牢固结合可以带来更好的油漆和涂层

阿尔瓦雷斯说：“纳米管是相当惰性的。它们非常稳定。你可以在不破坏它们键的情况下将它们偶联。半导体纳米管也具有荧光特性——它们可以发光。”。Nawarathne说，他正在寻求储能领域的潜在应用

Nawarathne说：“现在我们可以将碳纳米管结合到集电器或金属探针上，我们可以为超级电容器制造非常稳定的电极。”

UC化学专业的学生在硅盘上“生长”纳米管，使用一种称为催化化学气相沉积的过程，将试剂和铁催化剂加热到1450°F

“天气很热，”阿尔瓦雷斯指着烤箱大小的机器里透过玻璃窗可以看到的一个物体说。“这就像一个烤盘。催化剂在这里。”

45分钟后，硅上出现了一层薄薄的碳纳米管。从那里，研究人员能够将纳米管电接枝到各种金属表面上。最初，他们使用的是成束的纳米管，但经过精细的加工，他们可以连接垂直排列的纳米管

“这就像试图将羊毛连接回绵羊。你有从绵羊身上剪下来的纱线。我们能够用化学方法将单个纤维连接回绵羊身上，”他说