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微电子所等在超强抗辐射碳纳米管器件与电路研究中取得进展

中国科学院微电子研究所抗辐照器件技术重点实验室与北京大学教授张志勇、中科院国家空间科学中心副研究员陈睿合作，研制出基于局域底栅的碳纳米管晶体管和静态随机存储器，并系统研究了碳纳米管器件与电路的综合抗辐射能力（图1）。研究显示，局域底栅碳纳米管晶体管和静态随机存储器在受到2.8×10¹³ MeV/g的位移损伤辐照后，仍可承受2Mrad（Si）的电离总剂量辐照和10⁴ MeV·cm²/mg的等效激光单粒子辐照，且综合抗辐射能力优于硅基器件四倍（图2）。上述成果证明，碳纳米管器件和电路具有超强的抗辐射能力，为下一代宇航芯片研制开辟了重要的技术路径。

图1.碳纳米管器件与电路的激光模拟单粒子测试结果

图2.碳纳米管器件与电路的综合抗辐射能力

朱美芳院士团队《Nature communications》：突破限制！将废木质素连续加工成高价值的碳纳米管纤维

东华大学朱美芳院士团队通过溶剂分散、高温热解、催化合成、组装等方法连续制备高性能碳纳米管纤维。碳纳米管纤维是在二茂铁的催化下，由分解木质素释放的一氧化碳和氢气合成的。经过处理后，该纤维的抗拉强度为1.33GPa，导电性为1.19×105S/m，优于迄今为止大多数生物质炭材料。更重要的是，本研究实现了以120m/h的连续生产速度制备CNT纤维。因此，该制备方法可扩展到其他生物质材料，将极大地促进生物质在广泛领域的高价值应用。

将木质素连续合成碳纳米管纤维的机理及其工艺原理

中国石油大学成功制备新型竹状碳纳米管

为了消除电磁辐射的危害，非常需要具有长期稳定性的轻质高效电磁波吸收（EWA）材料。中国石油大学（北京）李永峰教授团队研究通过简单的煅烧策略成功制备了用可控尺寸的Co磁性纳米粒子（Co@CNT）包裹的新型竹状碳纳米管。最终的EWA属性可以通过调整填料负载、煅烧温度和模板使用来有效调整。

苏州纳米所：碳纳米管支撑导电金属有机框架，用于软致动器

中科院苏州纳米所张珽课题组研究通过设计分层的基于Cu-MOFs的活性材料组装了软离子致动器，该活性材料由通过羧基多壁碳纳米管（Cu-CAT@MWCNT）共价桥接的导电邻苯二酚（Cu-CAT）纳米片组成。

得益于Cu-CAT@MWCNT电极的大机电变形和快速响应速率，组装的软致动器具有16.6mm的大位移和0.52%的高弯曲应变（±3V的交流电）和高能量转换效率（3.02%)，具有超过10000次循环的循环稳定性（频率范围为0.1-10赫兹）。此外，还展示了组装在机器人上时抓取物体的能力。基于Cu-CAT@MWCNT混合材料的电极指出了构建具有改进性能的软执行器并拓宽其应用的可行途径。

科学家找到碳纳米管手性和导电性调控新途径

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部刘畅研究员等人与日本国立材料科学研究所、澳大利亚昆士兰科技大学、俄罗斯国立科技大学等单位合作，在碳纳米管手性改造与分子结晶体管研究中取得最新进展，为碳纳米管的手性及导电属性调控提供了新途径，显示了碳纳米管分子节晶体管的优异性能。

研究人员利用原位透射电子显微镜对单根碳纳米管进行原位加工、表征与测量，通过精确控制透射电镜样品杆上的压电纳米探针对碳纳米管加热并施加拉伸应力，诱导其局部塑性变形与手性演变。利用球差校正电镜图像和纳米束电子衍射图谱对变形前后碳纳米管的手性进行分析，在近30次连续手性转变过程中发现碳纳米管的手性角具有向高角度转变的明显趋势。对以碳纳米管为沟道的晶体管的电学输运特性进行原位测试，结果表明该方法可实现碳纳米管金属性向半导体性的可控转变。研究人员利用此方法制备出沟道长度仅为2.8纳米的金属—半导体—金属构型碳纳米管分子结晶体管，并观察到其室温量子相干输运性质和法布里—珀罗干涉效应。

J.Mater.Chem.A：SWCNT/n型硅异质结制备高性能光电探测器

2022年7月，Journal of Materials Chemistry A报道了单壁碳纳米管薄膜（SWCNT）/n型硅（n-Si）异质结在高性能光电探测器上的应用。在这项研究中，研究人员制备了一种小捆的SWCNT（small-bundled SWCNT，SB-SWCNT）薄膜，该薄膜在管-管交界处具有碳焊接结构，大大降低了接触电阻并提高了功函数。所制造的SB-SWCNT薄膜/n-Si异质结型光电探测器显示了非常高的可探测性，使用890 nm的激光，在0偏压下可探测到4.2×1013 Jones，远远高于商业光电探测器。此外，该探测器还表现出良好的稳定性，在空气中暴露30天后仍能保持97%的R值，并且具有宽的光响应范围（540-1090nm）。

ACS Nano：高强度、多功能MXene/有序CNT复合薄膜

2022年10月，ACS Nano报道了一种轻、薄、面积大和超灵活的化学交联MXene/有序碳纳米管复合薄膜。该薄膜除了具有较高的机械强度、良好的导电性、疏水性和氧化稳定性，还兼具电磁屏蔽（EMI）、电热转换和光热抗菌的多功能可穿戴性能。在薄膜厚度为8至28μm时，X波段电磁干扰屏蔽效果（SE）为24至70dB。此外在8.2-40GHz的超宽带频率范围内，SE超过60dB。其最大比表SE高达122368 dB·cm2·g–1，远远超过了其他报道的屏蔽效果。由于该薄膜的良好电/光热性能，赋予了其高效的除冰和抗菌性能。因此这种多功能薄膜在可穿戴设备、国防、抗菌和物联网方面显示出巨大的应用潜力。

科学家首次利用DNA实现碳纳米管可控有序修饰

华南理工大学前沿软物质学院教授林志伟与美国国家标准与技术研究院（NIST）研究员郑铭，利用DNA首次实现了单壁碳纳米管（SWCNTs）的可控有序修饰。相关研究发表于《科学》。

可控有序修饰的单壁碳纳米管。研究团队供图

该研究通过简单的DNA序列设计和精密的结构表征，为SWCNTs可控化学修饰开辟了一个全新思路。林志伟表示，“精确可控的修饰方法，使得科学家有望像服装设计师一样，按自己的想法‘可定制化’地设计SWCNTs化学结构，以实现特殊的性能，例如超导性能和量子性能等，进而实现在航空航天、量子计算机、量子通信、新一代生物医疗等领域的前沿应用。”

苏州纳米所利用层状化结构工程策略构筑高导电碳纳米管气凝胶薄膜

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张学同团队提出了纳米纤维三维网络结构层状化工程策略，实现了碳纳米管气凝胶薄膜的高效导电网络构筑，制备出了一种具有致密层状多孔结构的高导电碳纳米管气凝胶薄膜。这为高导电性碳纳米管气凝胶薄膜的制备提供了新思路。此外，该碳纳米管气凝胶薄膜在轻量化电磁屏蔽材料和电加热等领域显现出应用前景。

纳米纤维气凝胶薄膜的结构重构过程

Nat.Commun.：银薄膜/CNT膜异质结构展现惊人光电性能

2022年4月，Nature Communications 报道了研究人员通过范德华力将银纳米结构薄膜（AgNSF）和碳纳米管薄膜（CNTF）连接起来，在玻璃基底上制造出AgNSF/CNTF异质结构，该异质结显示出惊人的光热转换能力和良好的光电响应特性。当照射该异质结的激光波长从紫外变化到太赫兹时，异质结中心的温度和器件的输出光电压迅速增加，最大温差达到215.9K，明显高于文献中报道的其他光热发电材料的温差。其中光热和光电响应取决于激光的波长，分别为175~601KW-1和9.35~40.4mVW-1。此外，该项研究还证明，碳纳米管的光吸收是由局部表面质子增强影响，而输出的光电压则由塞贝克效应主导。研究中制备的异质结构可以作为高效敏感的光热材料或超宽带快速反应的光电材料被应用。

UCLA卢云峰教授：球形石墨烯-碳纳米管镶嵌硅实现高机械弹性锂离子电池负极材料

美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）卢云峰教授，沈力博士报道了通过喷雾干燥与化学气相沉积（CVD）原位合成了一种具有优秀机械弹性的三维石墨烯-碳纳米管-硅复合材料（G-Si-CNTs）, 同时实现了硅碳负极优秀的循环稳定性（700圈2A g-1容量保持率90%；0.014% 容量损失每圈）与机械性能（在100MPa的压力下结构保持稳定），为设计与工业辊压工艺兼容的硅碳负极材料提供了新的思路。

碳纳米管薄膜新属性发现

俄罗斯莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所和莫斯科技术物理大学找到一种改变碳纳米管薄膜电子特性的方法。相关研究成果发表在《碳》杂志上。

俄科研人员在太赫兹和红外线频率范围研究了用合成气相淀积法获得的碳纳米管薄膜。一部分薄膜的制作使用了从0.3-13微米的不同长度的纳米管。另外一部分使用了在氧离子作用下获得的薄膜，这种作用改变了薄膜的电性能。

研究发现，在比较短的纳米管或者氧离子作用下制成的薄膜中，电阻温度系数增加。在氧离子作用持续时间超过100秒或当纳米管长度小于0.3微米时，电阻温度系数达到饱和，在这种情况下原始碳纳米管薄膜结构被破坏，原有属性消失。

信息来源：微电子研究所、中国科学报、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、易丝帮、Composites World、科技日报、先丰纳米、能源学人等。

（中国粉体网编辑整理/黑金）

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