用“缺陷”改进碳纳米管

用“缺陷”改进碳纳米管

时间:2021-4-22 作者:root
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碳基纳米材料特性可以通过引入某些结构“缺陷”加以改进。然而,控制这些缺陷的数量和类型一直是一项挑战。近日,德国海德堡大学研究人员演示了一种新反应途径以控制这种缺陷。这会导致特定的光学活性缺陷,即所谓的sp3缺陷,从而使碳纳米管进一步发光并可以发射单光子。近红外光的有效发射对于远程通信和生物成像具有重要意义。

通常,缺陷被认为是“坏”东西,会对材料性能产生负面影响。然而,在某些纳米材料中,例如碳纳米管,一些缺陷可以产生“好”作用,并使新功能成为可能。在这里,精确的缺陷类型是至关重要的。碳纳米管由卷起来的六边形sp2碳原子晶格片组成,这些空心管直径约为1纳米、长几微米。

通过一定的化学反应,晶格中的sp2碳原子可以转化为sp3碳原子。这改变了碳纳米管的局部电子结构,并导致了一个光学活性缺陷。这些缺陷在近红外波段发出的光更远,总体上比未被功能化的纳米管更能发光。

由于碳纳米管的几何形状,引入sp3碳原子的精确位置决定了缺陷的光学性质。“不幸的是,到目前为止,对缺陷形成的控制还非常有限。”海德堡大学教授Jana Zaumseil说。

该团队展示了一种新的化学反应途径,能控制缺陷并选择性地产生一种特定类型的sp3缺陷。这些光学活性缺陷比之前引入的任何缺陷都“好”。Zaumseil解释说,它们不仅更能发光,而且在室温下还能发射单光子。在这个过程中,一次只能发射一个光子,这是量子密码学和高度安全通信的先决条件。

专家认为,能够制造出大量具有特定缺陷且缺陷密度可控的纳米管,为光电器件和电泵单光子源发展铺平了道路。相关论文近日刊登于《自然—通讯》。

(据《中国科学报》)

来源: 呼和浩特日报

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