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铁杆木虫 (职业作家)

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[交流] 碳纳米管生长机理研究取得进展

在国家自然科学基金委、中国科学院“百人计划”项目的大力支持下，山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室朱珍平研究员及其课题组在碳纳米管生长机理研究方面进行了广泛深入的探索，充分发挥在爆炸化学合成碳纳米管技术的独特优势，巧妙地通过反应系统的调控将碳纳米管快速“冷冻”至生长的前期或中期，成功地获得了有关纳米管生长的中间体，并详细研究了这些中间体的结构以及它们与碳纳米管生长过程的内在的本质联系。结合大量的理论分析，他们发现碳纳米管生长遵循一种“颗粒-线-管”逐级进化过程，并在此机理的指导下利用高温的热退火技术成功地将含金属的碳颗粒转化为碳纳米管。该成果发表在国际著名刊物《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 10, Nov 2006)上。

朱珍平研究员及其课题组在碳纳米管生长机理研究方面的另一重要进展是提出并实验验证了在金属催化剂存在的温和的碳纳米管生长环境下，碳纳米管一旦形成，其自身具有促进新的碳纳米管成核和生长的功能。此结果也发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15698)。

碳纳米管独特结构及优异的物理化学性质在众多领域具有广泛的潜在应用，成为纳米材料科学研究的热点课题之一。如何低成本、大规模合成高纯度碳纳米管及有意识控制和裁剪碳纳米管的结构、直径和长度，直接关系到碳纳米管规模化应用及结构和性质的选择性应用。为此现有合成技术的改进或新技术的开发有赖于对碳纳米管微观生长机理作清楚的认识，然而目前关于碳纳米管生长机理仍存在许多争议。

由于碳纳米管生长非常快速而且依赖于高温环境，这使得其机理性研究非常困难。尽管各国科学家在此方面投入大量精力，有关碳纳米管生长机理的总体认识仍然停留在英国科学家R. T. K. Baker于上世纪七十年代初基于碳纤维生长所提出的“吸附-扩散-沉积”模型。但是人们已经认识到这一机理对许多实验现象和关键问题很难做出合理的解释和解决。因此，新的机理的认识和新的研究手段的开拓是本领域的重大课题之一。

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