实用纳米管

分子级制造指向商业碳电子产品

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从纤细的纳米管(一种像鸡笼网一样的碳圆柱体,厚度为十亿分之一米)到电子产品的革命,还有很长的路要走。纳米级材料作为下一代电子元件如此吸引人的微小性,也使得它们难以集体操控。因此,该领域的研究人员希望通过利用现有的制造技术来实现商业设备。今年,人们已经看到了几个关于如何将纳米级组件与传统制造相结合的演示,以及一份概述纳米材料监管协议的报告。

摩托罗拉物理科学研究实验室在五月份展示了一款高清电视屏幕原型,它摒弃了阴极射线管,转而采用涂有纳米管刷状阵列的玻璃面板。纳米管通常不会在低于 1200 摄氏度的精确阵列中生长,但摩托罗拉的 James E. Jaskie 和他的同事们设计了一种金属催化剂,将所需温度降低到几百度,这足够低,可以在用于沉积薄硅膜的传统烤箱中实现。其他公司也制造了纳米管屏幕,但这些管子是随机悬浮在糊状物中的。基于糊状物的屏幕分辨率较低,并且添加滤光片会增加复杂性。

纳米管也处于柔性聚合物组件(即所谓的柔性电子产品)印刷显示器探索的最前沿。几个研究小组已将纳米管与聚合物混合以提高材料的导电性。2004 年夏天,杜邦中央研究与开发团队报告了首次使用现有技术印刷此类聚合物,制成大片。这种技术称为热敏印刷,它使用激光将聚合物熔合到基板上,就像熨烫转印一样。今年,研究人员报告说,在同一表面上印刷聚合物导体、半导体和电介质。


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一个更高级的问题是如何方便地将纳米管阵列变成更复杂的设备。苏黎世瑞士联邦理工学院的 Bradley J. Nelson 通过对管悬浮液施加标准的二维电场,在微小电极上和电极之间排列数百到数千个多壁纳米管。然后,他烧掉纳米管的顶层,在中间将其断开,或以其他方式调整它们,以创建电子控制发射器、旋转致动器和伸缩线性致动器。例如,此类设备的阵列可以用作强大的化学传感器或自聚焦发光器。

用纳米管或其他纳米线构建精确的电子电路是一个更具挑战性的问题。今天的芯片制造商只需蚀刻他们想要的图案。惠普实验室的研究人员是最早提出用大量纵横交错的纳米线或交叉杆阵列构建纳米级电路的人之一,这些阵列可以通过化学自组装以低成本实现。电子激活其中一些结点将创建电路。同一批研究人员最近模拟了由这种纳米线交叉杆阵列制成的芯片。他们发现,如果有足够的冗余,他们可以克服交叉杆的高缺陷率,并且在给定区域内封装的器件数量仍然是当今芯片的 100 倍。

近年来,一个主要的政策问题是是否以及如何监管纳米材料,因为纳米材料比更大的颗粒更容易穿透细胞。去年夏天,英国皇家学会皇家工程院解决了这些担忧,在经过 12 个月的研究后得出结论,大量生产的纳米材料应根据现有的英国或欧盟法规归类为新的化学实体,并建议立即开始毒性研究。

JR Minkel 曾是《大众科学》的新闻记者。

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大众科学 Magazine Vol 293 Issue 6本文最初以“实用纳米管”为标题发表于《大众科学》杂志 第 293 卷第 6 期 (),第 62 页
doi:10.1038/scientificamerican1205-62
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