為了防止單層碳納米管的孔隙被水或者其他有害物質(zhì)充滿，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）的研究人員新近開發(fā)出了一種預(yù)充填法，通過在納米管中充填具備某些特殊性質(zhì)的化合物，能使納米管的性能得到很大提升，甚至接近中空納米管。而且這種方法簡便快捷，價格也比較低廉，接下來讓我們先睹為快！

    當(dāng)遇到鹽瓶堵塞或是高峰期堵車的時候，我們大多數(shù)人尚且會搖頭嘆氣，更別提那些研發(fā)碳納米管特殊性能的研究人員了，當(dāng)這些微小的圓柱體被水充滿時，他們便只能束手無策。可喜的是，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）已經(jīng)設(shè)計出一種廉價、快速的方法來有效地提高碳納米管的質(zhì)量及其穩(wěn)定性，這對于新的計算技術(shù)有著十分重要的應(yīng)用前景。

    為了防止單層碳納米管的孔隙被水或者其他有害物質(zhì)填充，NIST的研究人員建議使用一種具有特定性能的化合物對納米管進行預(yù)充填，然后在水中進行分離，從而獲得均勻一致的納米管。無論是量還是質(zhì)，通過這種方法制備的碳納米管都遠遠優(yōu)于水充填而得的納米管，尤其是在應(yīng)用于傳感器和光電探測器等光學(xué)領(lǐng)域時，效果尤為明顯。

    這種方法是通過將如鐵絲網(wǎng)或蜂巢般排列的碳原子片卷起而制得的，其為單層碳納米管的性能設(shè)計開辟了一條簡捷的道路，改善并賦予了它新的性能。

    NIST的研究團隊在進行實驗驗證時，將20多種不同的化合物注入到內(nèi)徑在0.5nm至2nm多范圍內(nèi)的單層碳納米管的混合體中進行試驗。例如，以訪問學(xué)者Jochen Campo為首的科學(xué)家們就以烷烴作為填料進行了測試。

    烷烴，如常見的丙烷和丁烷等，有助于納米管內(nèi)部穩(wěn)定性的提升。換句話說，烷烴充填的納米管如同中空一般，而這恰恰就是Fagan和Campo以及他們的同事所期待達到的效果。

    水充填的納米管，可能還含有部分離子、酸或是其它有害的化學(xué)物質(zhì)，與之相比，中空納米管具有優(yōu)異的性能。例如，當(dāng)中空碳納米管受到光的刺激時，會發(fā)出更明亮更清晰的熒光信號。

    然而，NIST團隊在近期發(fā)表在Nanoscale Horizons期刊上的一篇論文中提到，納米管在加工過程中對水或其它溶劑的自發(fā)攝入是一種特有的而又經(jīng)常被忽略的現(xiàn)象，這對納米管的應(yīng)用開發(fā)有很不利的影響。

    也許是因為過濾和收集納米管需要花費額外的成本和精力，研究者們通常選擇忽略未充填（空的）和幾乎填滿的單層碳納米管的混合批次。從這些混合物中分離出未填滿的納米管不但需要使用昂貴的離心設(shè)備，而且根據(jù)Campo的估算，產(chǎn)量僅能達到10%。

    “舉個例子，如果你的目的是將納米管用于電子電路，或是熒光抗癌圖像造影劑時，那么你需要更多組成和性質(zhì)穩(wěn)定的納米管，” Campo解釋道，其在安特衛(wèi)普大學(xué)進行博士后研究時正是在探索這方面的應(yīng)用。“這一特殊的要求促進了新的預(yù)充填法的研究發(fā)展：我們是否能夠?qū)⒁恍┍粍拥幕瘜W(xué)物質(zhì)注入納米管內(nèi)，從而使水留在管外面呢？”

    從開頭那個簡單的實驗我們就可以得到肯定的答案，而且效果十分明顯。在熒光實驗中，烷烴充填的納米管發(fā)射的信號要比水充填納米管強2到3倍，接近作為對比標(biāo)準(zhǔn)的中空納米管。

    更為重要的是，NIST研發(fā)的預(yù)充填法是可控且通用的，且其易于與現(xiàn)有的單層碳納米管的加工方法混用。相信碳納米管的研究前景將一片光明，我們拭目以待。