物理所單根懸空單壁碳納米管研究獲進展

　　為了研究單根碳納米管的性質(zhì)和器件性能，以及操縱碳納米管從而得到某種特殊的結(jié)構(gòu)，人們往往需要在光學(xué)顯微鏡下定位某個碳納米管才能進行光譜表征和器件構(gòu)筑。傳統(tǒng)的使用掃描電子顯微鏡來標(biāo)記定位的方法較為繁瑣且易污染碳納米管。納米材料的光學(xué)可見化可以滿足人們的需求。而已有的在碳納米管表面沉積金屬或氧化物納米顆粒的方法，雖然實現(xiàn)了光學(xué)顯微鏡下的可見化，卻可能導(dǎo)致碳納米管的性能退化，不利于碳納米管本征物性的探索。
　　
　　碳納米管優(yōu)異的性質(zhì)極易受到周圍環(huán)境的影響，以往使用混合樣品研究碳納米管的物理性質(zhì)，往往只能得到樣品中各種結(jié)構(gòu)的平均信息，更無法分析碳納米管的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的關(guān)系。因此，表征單根碳納米管的本征物理性質(zhì)一直是研究人員探究的前沿。例如，在碳納米管的光吸收探測方面，隨著CCD技術(shù)的發(fā)展和激光強度的提高，探測微小光學(xué)信號已經(jīng)不再是難以解決的問題。然而，在探測和放大單根碳納米管樣品光學(xué)信號的同時，剔除襯底和周圍環(huán)境的影響，仍然是困難重重。而在碳納米管的熱學(xué)性質(zhì)方面，理論研究證明碳納米管具有極高的熱傳導(dǎo)性能，然而由于測量方法不同，加上所使用的樣品的質(zhì)量參差不齊和結(jié)構(gòu)不一，實驗上測得碳納米管的熱導(dǎo)值差異很大。除了碳納米管的結(jié)構(gòu)表征，使用非接觸方式測算納米材料的溫度也是必須解決的問題。
　　
　　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）先進材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室“納米材料與介觀物理”研究小組（A05組），多年來一直致力于碳納米管的制備、物性與應(yīng)用研究。在以往工作的基礎(chǔ)上，該課題組中科院院士解思深指導(dǎo)的博士生張霄等人發(fā)展了一種可逆、持久且無損的單根懸空單壁碳納米管光學(xué)可見化與本征物理性質(zhì)探測的方法（中國發(fā)明專利，申請?zhí)?01410682661.7,201410681975.5），最近，與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授宋禮、物理所SF1組研究員白雪冬、博士田學(xué)增、國家納米科學(xué)中心博士齊笑迎合作，在單根懸空單壁碳納米管的光學(xué)可見化及其本征光學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)研究中取得重要進展。
　　
　　基于部分懸空的超長碳納米管，通過形成冰-碳納米管微米級直徑異質(zhì)殼芯結(jié)構(gòu)，使納米級直徑碳納米管的構(gòu)型在光學(xué)顯微鏡下可見。通過使用不同偏振激光照射該異質(zhì)殼芯結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的表面冰層消失現(xiàn)象和電子衍射確定的碳納米管手性，系統(tǒng)研究了單根碳納米管的光吸收截面問題。基于這種激光誘導(dǎo)的部分融化現(xiàn)象，建立了分段的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程，利用通過碳納米管拉曼G模紅移確定的激光光斑邊緣位置的溫度，以及冰層邊界不變的冰的融化溫度作為邊界條件，結(jié)合碳納米管的幾何信息，計算得到不同手性的超長懸空碳納米管的軸向熱導(dǎo)率在2000-6000WK-1m-1范圍，接近于理論計算值。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在（NPG）Light:Science&Applications（2015,4,e318;DOI:10.1038/lsa.2015.91）上。
　　
　　該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院等項目的支持。