金属氧化物纳米管:代替碳纳米管的更低成本方案?

2007-09-03 08:36:20来源: 电子工程专辑

在历史上,纳米管几乎就等同于有机碳纳米管,但现在情况已经不一样了。

佐治亚理工学院(亚特兰大)的研究人员开发出了一种新型无机纳米管材料,其特性与在日本和新西兰发现的火山矿物质类似。佐治亚理工学院Sankar Nair教授的研究团队通过结合氧化铝、硅和锗的方法,开发出了这种新型单壁纳米管,不仅制造成本比碳纳米管低,其特征也使之更容易控制。

Nair指出:“我们的无机金属氧化物纳米管更接近目前芯片行业已经在制造的东西。我们运用了一种与半导体中已经使用的化学类似的无机化学,但是条件更为宽松,所以可以更多地对其结构进行定制。”

如今,半导体和碳纳米管在制造过程中都需要极端的温度和压力,促使芯片厂商不得不试着用掺杂质的有机聚合物来作为一个成本更低且更为简单的替换方案。但是,有机聚合物的电子特性比不上无机硅和锗。如今,Nair的研发小组宣布开发出了结合这二者优势的材料,不仅成本更低,而且和聚合物一样便于制造。

Nair表示:“我们的金属氧化物纳米管可以在普通大气压力以及不到100℃的温度下制造。目前我们已经制作了两种金属氧化物纳米管,验证了这一概念-每个末端都有一种全新的材料,有了这种材料,我们就可以制造出和人们认为可以用碳纳米管制造的设备一样的电子设备。”

目前还有其它研究人员在研究平面金属氧化物设备,通过限定两种不同金属之间的两类绝缘器来构建异质结。Nair认为,他的金属氧化物纳米管有朝一日也可以外加两层金属,创建出一种新型的纳米级金属绝缘器电子设备。

Nair还表示:“我现在还不敢说我们的金属氧化物纳米管材料可以直接应用到金属绝缘器隧穿设备上。但由于纳米管的极小外形及其管状结构,只要将之限定在两个金属层之间,就可以实现非常有用的不同的电子隧穿特性。”

要构建纳米管,就必须将一个装置加入到材料的原子结构中,由它来抑制分子的自然趋势,构成线性平面。碳纳米管本质上属于突出fullerene(也叫buckyball,以网格球顶发明者Buckminster Fuller的名字而命名)。而在另一方面,无机金属氧化物纳米管则通过结合原子和不同的键长来实现其管状结构,进而达到一个控制得更好的原子精确曲率。

Nair解释:“我们从铝开始来构建无机纳米管,铝一般会成片;但是通过附加具有不同键长的原子-此处是硅或锗-就可以使之弯曲,形成管状结构。”

由于纳米管被合成到水、铝、硅和锗的稀溶液,按照各种成分的混合、温度、pH值和类似的很好控制的工艺参数的不同,以这种方式在理论上可以组成无数种无机纳米管。

可调工艺

Nair说:“这里的问题在于,当你想要制作直径不到10纳米的碳纳米管时,它们就变得非常难控制。但由于我们所采用的化学原理,这些金属氧化物材料都是非常容易控制的,因为我们可以采样并分析其不同特征,以便很好地调节我们的工艺,而这通过碳纳米管是很难做到的。”

Nair的实验室制作的两种纳米管材料是alumino-silico-germanate (AlSiGeO)的变体,直径为1.5~4.8纳米,长度不到100纳米。现有的实验材料的带隙在3.5~4.5电子伏特之间,和氮化镓以及硫化锌相类似。Nair打算在下一代材料中将跃迁原子加入到有机纳米管中,来降低其带隙,使之更接近传统的半导体。

研究人员还打算对金属氧化物纳米管进行详细定义,检验其电子特征和吸附及扩散等化学特征。他们还计划创建一个有关该材料构成的通用理论和详细模式,以便新的版本可具有所需的特殊属性。

Nair的研究是由乔治亚理工学院和美国化学协会石油研究基金资助的。他的研究团队成员包括乔治亚理工学院的博士研究生Suchitra Konduri 和Sanjoy Mukherjee。

关键字:定制  化学  厂商  气压

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