神奇的納米碳管

王　載

所謂納米碳管是指將碳六角網面卷成封閉無縫筒狀結構的物質，其直徑從亞納米(小于1納米)到50納米左右(1納米＝10^-9米)，中間有被稱之為布基管的空管。做一個形象的比喻，我們將直徑l納米的球比喻為1厘米的玻璃球，則直徑1米的球相當于地球那么大。

奇怪的物質特性

納米碳管的形狀是獨特的，而且其優異的性質更是讓世界大吃一驚。例如納米碳管根據直徑的大小或碳原子的排列方式不同，它會成為良導體的“金屬”或者具有一點導電性的“半導體”。這是非常不可思議的。銅、鐵等金屬無論何時總是金屬，普通的橡膠總是不導電的“絕緣體”而納米碳管僅由碳構成，卻有時是金屬，有時是半導體，通常物質是不會具有這種特性的。

目前，科學家已經利用納米碳管這種性質制造出了場效應晶體，實現了比原來硅晶體更好的性能。所謂晶體管是可用于信號放大或開關等的元件，能夠將多個半導體組合在一起制造。如果利用極細的納米碳管，最終能實現單個電子都能控制的晶體管，科學家預測將來用它代替硅。

納米探針“眼睛”

作為觀察原子的高技術顯微鏡之一的掃描型探針顯微鏡，用納米碳管做該顯微鏡的“眼睛”，將納米級的探針最大限度地靠近試樣表面，感知作用在試樣與探針之間原子的力或微弱電流，查明試樣表面原子級的凹凸程度。顯然，探針越細越尖，顯微鏡的精度越高。納米碳管是納米尺寸，非常細且強度高，因為還有彈性，與目前正在使用的硅探針相比，具有難以損壞的長壽命。用納米碳管作為納米世界的“眼睛”，甚至可以觀測蛋白質的微細結構。

顯示器的能耗低

納米碳管的研究中，最引人注目的是它在低功耗平板電視上的應用。納米碳管在顯示器中作為電子槍使用，一旦在納米碳管上施加電壓，電子從其前端像槍彈似地發射出，這是所謂的“場致發射”現象。如果這個電子撞上涂在玻璃屏上的熒光涂料，熒光涂料就會發光。一般在金屬的尖端，容易引起場致發射，用低的電壓射出。多次實驗論證，用極細且強度高的納米碳管作電子槍是最好的材料。世界上率先開發出以納米碳管為電子槍的熒光管，首先是將多個這樣的熒光管排列，組成非常高的電光告示牌。

利用納米碳管不單是作為平板電視顯示器已被產品化，還用作等離子顯示器。紅綠藍是光的三原色，三原色的不同組合可以制造所有的顏色。等離子顯示器的原理基本上與熒光燈一樣，通過在氣體中放電產生紫外線，紫外線再射到玻璃屏內側涂有紅綠藍的熒光體上使其發光，圖像被顯示出來。簡單地說，等離子顯示器是許多個微小熒光排列構成的畫面。

等離子顯示器可以顯示清晰的圖像，使大畫面成為可能。由于比一般家庭普及的電視機更薄，所以非常受歡迎。缺點是等離子顯示器的消耗功率大。據估算，75厘米高清晰電視，若用等離子顯示器消耗功率是240瓦左右，用納米碳管只需6.8瓦左右。

納米管電子槍

納米碳管作為電子槍使用的平板電視顯示器被稱作納米碳管場致發射顯示器，其原理基本上與我們熟知的普通電視機顯像管一樣，只是普通顯像管為了使畫面放大，電視機主體務必要有一定的厚度。

而納米碳管場致發射顯示器的情形，每一個微小像素配置的納米碳管電子槍，因被安裝在緊靠畫面后方的陰極，所以能夠薄型化。再者，納米碳管的電子槍低壓發射電子，所以消耗功率低，又因可以快速應答。所以不會出現余像。

關于納米碳管場致發射器，今后的一個課題是納米碳管的電子發射如何能夠均勻分布在整個畫面，使整個畫面亮度相同。

另外，若能以更低電壓發射電子也是很重要的。如果在80伏特以下，則顯示器元件就可使用現有便宜的低壓用集成電路，從而降低顯示器整體的成本。

對于研究人員而言，下一步將探討如何拓寬碳基底集成電路或納米機械的應用，人們通過這些出自常見碳的新材料看到了高科技所顯示的巨大威力。或許除了碳以外，在我們身邊還隱藏著其他新材料。

責任編輯蒲暉