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霹雳旋风

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[交流] 揭密自组生长硅纳米管的稳定性

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揭密自组生长硅纳米管的稳定性

我校自组生长硅纳米管稳定性研究成果在物理大类国际最权威杂志Phys. Rev. Lett. （《物理评论快报》）发表，唐元洪课题组揭开其稳定性秘密

在物理类国际最权威杂志Phys. Rev. Lett.（《物理评论快报》，影响因子7.218）2005年9月第11期上，刊登了我校材料科学与工程学院唐元洪课题组等以湖南大学为独立作者单位发表的关于对硅纳米管稳定性理论研究论文《Self-Assembled Silicon Nanotubes under Supercritically Hydrothermal Conditions》，揭开了硅纳米管的稳定性的秘密，我校自组生长硅纳米管稳定性研究取得的成绩得到国际物理界公认。

合成世界首例自组生长硅纳米管

硅纳米材料研究是目前研究热点之一，全世界的科学家都展开了对硅纳米材料的研究,但一直难以取得让人满意的成果。过去的碳纳米管由于具有金属特性，很难同现在以硅为主的计算机、电视机等现代电子设备核心集成电路芯片兼容。因此，科学家们一直希望合成只表现出半导体特性的硅纳米管来解决这一问题。然而硅是四面体材料，合成难度很大。2002年以来，世界纳米科学家用模板法合成了硅纳米管，但合成过程比较复杂，而且用了金属催化剂，所以还不是真正意义上的硅纳米管。唐元洪课题组另辟蹊径，采用全新的水热溶液生长法，合成了世界首例自组生长硅纳米管。其最大的特征是，它不但具有半导体特性，同时具备碳纳米材料和硅纳米线材料的性能。特别是水热溶液生长法和其他方法相比，更易于操作，采用的原料完全无毒，所得到的硅纳米管无需添加金属催化剂，因而易于测量其真实性能，并可以减少有机物对环境的污染。

唐教授关于该项研究的论文已被世界材料最高级别刊物Adv. Mater（《先进材料》，影响因子8.079）正式录用。目前该项成果已申请了国家发明专利。

揭密自组生长硅纳米管稳定性

据唐元洪教授介绍，一种新材料的诞生，不仅在于其合成，关键还要掌握材料的稳定性，这样使其投入实际应用才会成为可能。在合成世界首例自组生长硅纳米管后，经过半年多的努力，课题组对其稳定性研究又获得进展，揭开了自组生长硅纳米管的稳定性秘密：其稳定性与其成长形成过程有关。课题组在大量的实验中发现，大多数硅纳米管呈直线状且表面光滑，由从内至外为三部分组成：管内孔、硅壁层、二氧化硅，硅壁中晶体硅沿表面能低的地方生长，由于缺陷的表面能低，缺陷的存在引起了硅纳米管生长端生长方向的偏移。采用5wt%的HF酸对自组生长的硅纳米管的稳定性进行了研究，研究表面HF酸可以去除硅纳米管的氧化物外层，只剩下晶体硅纳米管，说明所得到的硅纳米管是一种稳定结构，因而对其应用研究开发成为可能。研究表明，硅纳米管的稳定性与其生长形成过程密切相关。这一研究成果很快在Phys. Rev. Lett.发表。

“国内一年在Phys. Rev. Lett.上发表的文章不过20篇左右。这两篇文章都是基于湖南大学所做的本土成果，自行进行制备、表征、测量、理论分析及写作，拥有完全自主的知识产权，”唐元洪教授说，“迄今为止教育部在湘其他高校尚无论文在这两种杂志以第一作者单位发表。”

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对于课题组取得的一系列重大成果，唐元洪显得很坦然，“这是厚积薄发。”

唐元洪教授多年来一直在从事纳米材料的研究，先后在加拿大西安大略大学、加拿大国家研究院工作。2003年他放弃了国外的优厚待遇和科研条件，毅然回到了母校，成为我校首位“岳麓学者奖励计划”特聘教授。近5年来，在Advanced Materials（《先进材料》）、Physical Review Letters（《物理评论快报》）、 Applied Physics Letters（《应用物理快报》）等国际核心杂志上发表论文30余篇，都被SCI收录，其中影响因子大于3.0的有18篇。他仅在Applied Physics Letters 和Journal of Applied Physics（《应用物理杂志》）上就发表文章12篇，经湖南省科技信息研究所联机检索表明唐元洪教授1998年后发表的论文他引共680次，总引用次数达791次，在纳米科学与技术领域部分成果达到国际领先水平。

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