以杜克大學(xué)為首的一組化學(xué)家在去年4月宣布發(fā)明了一種生長特別長、直、數(shù)量眾多且排列有序的只有幾個原子厚的碳納米管的方法，如今他們修改了這一過程從而只制造出了半導(dǎo)體版本的這種單壁碳納米管。杜克大學(xué)的JerryG.和PatriciaCrawfordHubbard教席化學(xué)教授劉杰領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，他說這項(xiàng)成果為制造超細(xì)的十億分之一米尺寸的可靠的納米電路鋪平了道路。

    "我認(rèn)為這是這個領(lǐng)域的圣杯，"Liu說。"如今所有的東西都有了，包括對位置、定向和電特性所有這些特性的控制。我們現(xiàn)在可以大量制造電子器件，例如大電流場效應(yīng)管和傳感器。"

    由劉杰以及來自他在杜克大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室以及中國北京大學(xué)的一組合作者撰寫的關(guān)于這項(xiàng)成果的報告發(fā)表在了2009年1月20日出版的《納米快報》（NanoLetters）雜志上。他們的研究受到了美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室、中國國家自然科學(xué)基金委員會、碳納米管制造商UnidymInc、杜克大學(xué)以及中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部的資助。

    劉杰已經(jīng)為這種方法申請了一項(xiàng)專利。他的實(shí)驗(yàn)室的一位博士后研究員LeiDing是這份新的報告以及此前于2008年4月16日發(fā)表在《美國化學(xué)

    會雜志》（JACS）上的研究的第一作者。

    此前JACS的報告描述了這組科學(xué)家如何讓納米管森林形成了長而平行的路徑，它們不會相互交叉，也就不會妨礙可能的電性能。他們的方法是在由電子領(lǐng)域使用的連續(xù)且完整的石英單晶制成的一個模板上生長碳納米管。他們還使用了銅作為生長促進(jìn)劑。

    碳納米管有時候被稱為"巴基管"（buckytubes），因?yàn)樗鼈兊哪┒私油ǖ臅r候形成了足球形狀的碳60分子，被稱為巴基球（buckyballs）。已故的RichardSmalley因?yàn)楹铣砂突蚨窒砹酥Z貝爾獎，在來到杜克大學(xué)之前，劉杰當(dāng)時就在Smalley領(lǐng)導(dǎo)的賴斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作。

    劉杰說，除了尺寸特別小，這些納米管還提供了其他優(yōu)點(diǎn)——包括比目前用于制造晶體管等微型電子元件的材料的發(fā)熱量更少以及運(yùn)行頻率更高。他還說："在更高頻率下運(yùn)行意味著它們可以成為更優(yōu)秀的無線通信器件。"

    但是2008年4月JACS的報告留下了一個沒有解決的問題，讓這些數(shù)量龐大的、直而且排列有序的納米管無法用于電子元件。生成的納米管只有部分是電的半導(dǎo)體。其他一些在電特性上相當(dāng)于金屬。劉杰說，為了在晶體管中工作，這些納米管必須全都具有半導(dǎo)體的特性。

    在《納米快報》的新報告中，這組科學(xué)家宣布他們通過一個修改而成功地實(shí)現(xiàn)了事實(shí)上全半導(dǎo)體的生長。在他們之前的研究中，他們在原料氣中使用了酒精乙醇從而提供生長納米管的基本成分的碳原子。在這項(xiàng)新的研究中，他們嘗試了把不同比例的兩種酒精——甲醇和乙醇——與另外兩種此前他們使用的氣體——?dú)搴蜌洹旌显诹艘黄稹?

    "我們發(fā)現(xiàn)通過使用兩種酒精以及氬和氫的正確組合，我們可以專門生長半導(dǎo)體納米管，"劉杰說。"這就像操縱一個調(diào)節(jié)旋鈕。"惰性氣體氬氣被用于提供穩(wěn)定的乙醇和甲醇，而氫用于防止銅催化劑不被氧化。

    這組科學(xué)家用900攝氏度的小型爐內(nèi)通過化學(xué)氣相沉積法制造了這些納米管，之后把其中一些組裝成了場效應(yīng)管從而測試它們的電特性。

    "我們根據(jù)測量結(jié)果估計樣本含有95%到98%的半導(dǎo)體納米管，"這組科學(xué)家報告說。

    為了核實(shí)這一結(jié)果，這組科學(xué)家還用拉曼光譜檢測了一些納米管，這是一種通過研究材料如何與不同類型的激光相互作用從而區(qū)分半導(dǎo)體和金屬屬性的分析技術(shù)。

    根據(jù)這份新的《納米快報》的報告，添加甲醇作為乙醇的補(bǔ)充還能縮小生成的納米管的直徑，而且和下面的石英晶體一起改善它們的原子排列。

    生成的納米管只能用放大倍數(shù)極高的設(shè)備看到，例如掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡。這種中空的碳柱究竟具有金屬性質(zhì)還是半導(dǎo)體性質(zhì)，這取決于它們的空間三維排列——科學(xué)家把這種性質(zhì)稱為"手性"。

    這個研究組的下一個挑戰(zhàn)將是在原子層次上理解為何"就是這樣"調(diào)節(jié)生長氣體混合物導(dǎo)致了正確的手性，從而只產(chǎn)生了半導(dǎo)體納米管。這組科學(xué)家還想知道是否另一種組合可能產(chǎn)生全金屬性質(zhì)的納米管。

    "我們希望有能力控制那種手性，"他說。