神奇的納米碳管

王　載

所謂納米碳管是指將碳六角網(wǎng)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(yōu)異的性質更是讓世界大吃一驚。例如納米碳管根據(jù)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(jīng)利用納米碳管這種性質制造出了場效應晶體，實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)射出，這是所謂的“場致發(fā)射”現(xiàn)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(fā)光。一般在金屬的尖端，容易引起場致發(fā)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(fā)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(chǎn)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(chǎn)生紫外線，紫外線再射到玻璃屏內(nèi)側涂有紅綠藍的熒光體上使其發(fā)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(jù)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(fā)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(fā)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(fā)射電子，所以消耗功率低，又因可以快速應答。所以不會出現(xiàn)余像。

關于納米碳管場致發(fā)射器，今后的一個課題是納米碳管的電子發(fā)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(fā)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(xiàn)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