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美國、德國及日本科學家們聯手揭開三壁式(triple-walled)奈米碳管(carbon nanotube)的神秘面紗。他們發現不管是雙壁式(double-walled)或三壁式奈米碳管，最外層碳管會隔絕內管與外在環境的交互作用。這項研究成果提供了這類重要奈米結構前所未有的詳細資訊。
單壁式(single-walled)奈米碳管可視為由石墨烯捲曲而成的結構，並保有此碳材料絕佳的電子與機械性質。雙壁及三壁式碳管則由同軸的碳管所構成，其內外碳管可以是半導性或金屬性。由於最外層碳管直接與環境接觸，因此要得到碳管的基本物理性質並非易事。
由美國麻省理工學院(MIT)、德國漢堡(Hamburg)大學、日本長岡(Nagaoka)大學與信州(Shinshu)大學組成的研究團隊發現外層碳管可保護內管不受外界干擾，因此可獲得關於內管更為正確的研究結果。他們採用反應快又靈敏的拉曼(Raman)光譜儀，在完全不變的實驗條件下以不同雷射譜線研究相同的三壁式碳管。團隊主持人Mildred Dresselhaus表示，全世界僅少數擁有這類設備的團隊能以此方式探討個別碳管的性質。
該團隊研究了5條三壁式奈米碳管，發現內管的管壁間距在0.323-0.337 nm之間，大於先前雙壁式碳管的研究結果(0.284-0.323 nm)，較接近雙層石墨烯的層間距(0.335 nm)。他們也發現，管間交互作用會隨本身的導電性而對最內層碳管產生不同影響，以及同軸碳管的徑向呼吸模式(radial breathing mode, RBM)間不存在機械耦合。此結果顯示三壁式奈米碳管雖為複合系統，但各管間卻幾乎彼此獨立。
徑向呼吸模式為奈米碳管最重要的光譜特徵，其振動頻率與管徑成反比。第一階拉曼光譜特徵能提供關於這些奈米材料電子與振動結構的豐富資訊。研究人員詳細分析碳管間的凡得瓦力(van-der-Waals force)，這些低能交互作用會影響碳管的電子與振動性質，對於實際應用而當重要。
該團隊目前正著手分析多壁式碳管系統中的屏蔽現象與管間交互作用的影響。他們希望找到更佳的製程條件，以期藉由控制奈米碳管壁間的交互作用來成長奈米碳管。詳見ACS Nano| DOI: 10.1021/nn3055708。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:丁逸勳(台灣海洋大學材料工程研究所)
責任編輯:劉家銘 |