It might look like a roll of chicken wire, but this tiny cylinder of carbon atoms—too small to see with the naked eye—could one day be used for making electronic devices ranging from night vision goggles and motion detectors to more ef
它可能看起来像一卷铁丝，但这个由碳原子组成的小圆柱体&mdash；太小了，肉眼看不见&mdash；得益于杜克大学研究人员开发的技术，有一天可以用于制造从夜视镜、运动探测器到更高效的太阳能电池等电子设备
他们的研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上
碳纳米管于20世纪90年代初首次被发现，它是由像稻草一样卷起的单层碳原子制成的
碳并不是一种新颖的材料。地球上所有的生命都是以碳为基础的。这和钻石、木炭和铅笔芯中发现的东西是一样的。碳纳米管的特殊之处在于其卓越的性能。这些微小的圆柱体比钢更坚固，但又薄到50000个圆柱体相当于一根头发的厚度
它们还惊人地擅长导电和导热，这就是为什么在推动更快、更小、更高效的电子产品的过程中，碳纳米管长期以来一直被吹捧为硅的潜在替代品
但生产具有特定性能的纳米管是一项挑战
根据纳米管的卷绕方式，有些纳米管被认为是金属的&mdash；这意味着电子可以以任何能量流过它们。问题是它们无法关闭。这限制了它们在数字电子中的使用，数字电子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和1比特之间切换以执行计算一样
杜克大学化学教授Michael Therien和他的团队表示，他们已经找到了解决这一问题的方法。这种方法采用了一种总是让电流通过的金属纳米管，并将其转化为可以开关的半导体形式。
秘密在于特殊的聚合物&mdash；分子以长链连接在一起的物质&mdash；第一作者Francesco Mastrokinque在杜克大学Therien的实验室获得了化学博士学位，他说，这些物质以有序的螺旋状缠绕在纳米管周围，“就像把丝带缠绕在铅笔上一样”
他们发现，这种影响是可逆的。将纳米管包裹在聚合物中会使其电子性质从导体变为半导体。但如果纳米管被解开，它会回到原来的金属状态
研究人员还表明，通过改变围绕纳米管的聚合物类型，他们可以设计出新型的半导体纳米管。它们可以导电，但只有在施加适量的外部能量时才能导电
Therien说：“这种方法提供了一种微妙的新工具。”。“它可以让你通过设计制造半导体。”这种方法的实际应用可能还很遥远。“我们离制造器件还有很长的路要走，”Therien补充道
Mastroquique和他的合著者表示，这项工作很重要，因为这是一种设计半导体的方法，当被某些常见但人眼看不见的低能量波长的光照射时，半导体可以导电
例如，在未来，杜克大学团队的工作可能会帮助其他人设计纳米管，检测红外辐射释放的热量，以揭示隐藏在阴影中的人或车辆。当红外光&mdash；例如温血动物发出的声音&mdash；撞击其中一种纳米管-聚合物杂化物，就会产生电信号
或者以太阳能电池为例：这项技术可以用来制造纳米管半导体，将更宽范围的波长转换为电能，以利用更多的太阳能量。
由于纳米管表面有螺旋包装，这些结构也可能是新形式计算和数据存储的理想材料，这些计算和数据存储器除了使用电子的电荷外，还使用电子的自旋来处理和携带信息