以杜克大學(xué)為首的一組化學(xué)家在去年4月宣布發(fā)明了一種生長(zhǎng)特別長(zhǎng)、直、數(shù)量眾多且排列有序的只有幾個(gè)原子厚的碳納米管的方法，如今他們修改了這一過程從而只制造出了半導(dǎo)體版本的這種單壁碳納米管。杜克大學(xué)的JerryG.和PatriciaCrawfordHubbard教席化學(xué)教授劉杰領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，他說這項(xiàng)成果為制造超細(xì)的十億分之一米尺寸的可靠的納米電路鋪平了道路。

    "我認(rèn)為這是這個(gè)領(lǐng)域的圣杯，"Liu說。"如今所有的東西都有了，包括對(duì)位置、定向和電特性所有這些特性的控制。我們現(xiàn)在可以大量制造電子器件，例如大電流場(chǎng)效應(yīng)管和傳感器。"

    由劉杰以及來自他在杜克大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室以及中國(guó)北京大學(xué)的一組合作者撰寫的關(guān)于這項(xiàng)成果的報(bào)告發(fā)表在了2009年1月20日出版的《納米快報(bào)》（NanoLetters）雜志上。他們的研究受到了美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、碳納米管制造商UnidymInc、杜克大學(xué)以及中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部的資助。

    劉杰已經(jīng)為這種方法申請(qǐng)了一項(xiàng)專利。他的實(shí)驗(yàn)室的一位博士后研究員LeiDing是這份新的報(bào)告以及此前于2008年4月16日發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)

    會(huì)雜志》（JACS）上的研究的第一作者。

    此前JACS的報(bào)告描述了這組科學(xué)家如何讓納米管森林形成了長(zhǎng)而平行的路徑，它們不會(huì)相互交叉，也就不會(huì)妨礙可能的電性能。他們的方法是在由電子領(lǐng)域使用的連續(xù)且完整的石英單晶制成的一個(gè)模板上生長(zhǎng)碳納米管。他們還使用了銅作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑。

    碳納米管有時(shí)候被稱為"巴基管"（buckytubes），因?yàn)樗鼈兊哪┒私油ǖ臅r(shí)候形成了足球形狀的碳60分子，被稱為巴基球（buckyballs）。已故的RichardSmalley因?yàn)楹铣砂突蚨窒砹酥Z貝爾獎(jiǎng)，在來到杜克大學(xué)之前，劉杰當(dāng)時(shí)就在Smalley領(lǐng)導(dǎo)的賴斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作。

    劉杰說，除了尺寸特別小，這些納米管還提供了其他優(yōu)點(diǎn)——包括比目前用于制造晶體管等微型電子元件的材料的發(fā)熱量更少以及運(yùn)行頻率更高。他還說："在更高頻率下運(yùn)行意味著它們可以成為更優(yōu)秀的無線通信器件。"

    但是2008年4月JACS的報(bào)告留下了一個(gè)沒有解決的問題，讓這些數(shù)量龐大的、直而且排列有序的納米管無法用于電子元件。生成的納米管只有部分是電的半導(dǎo)體。其他一些在電特性上相當(dāng)于金屬。劉杰說，為了在晶體管中工作，這些納米管必須全都具有半導(dǎo)體的特性。

    在《納米快報(bào)》的新報(bào)告中，這組科學(xué)家宣布他們通過一個(gè)修改而成功地實(shí)現(xiàn)了事實(shí)上全半導(dǎo)體的生長(zhǎng)。在他們之前的研究中，他們?cè)谠蠚庵惺褂昧司凭掖紡亩峁┥L(zhǎng)納米管的基本成分的碳原子。在這項(xiàng)新的研究中，他們嘗試了把不同比例的兩種酒精——甲醇和乙醇——與另外兩種此前他們使用的氣體——?dú)搴蜌洹旌显诹艘黄稹?

    "我們發(fā)現(xiàn)通過使用兩種酒精以及氬和氫的正確組合，我們可以專門生長(zhǎng)半導(dǎo)體納米管，"劉杰說。"這就像操縱一個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕。"惰性氣體氬氣被用于提供穩(wěn)定的乙醇和甲醇，而氫用于防止銅催化劑不被氧化。

    這組科學(xué)家用900攝氏度的小型爐內(nèi)通過化學(xué)氣相沉積法制造了這些納米管，之后把其中一些組裝成了場(chǎng)效應(yīng)管從而測(cè)試它們的電特性。

    "我們根據(jù)測(cè)量結(jié)果估計(jì)樣本含有95%到98%的半導(dǎo)體納米管，"這組科學(xué)家報(bào)告說。

    為了核實(shí)這一結(jié)果，這組科學(xué)家還用拉曼光譜檢測(cè)了一些納米管，這是一種通過研究材料如何與不同類型的激光相互作用從而區(qū)分半導(dǎo)體和金屬屬性的分析技術(shù)。

    根據(jù)這份新的《納米快報(bào)》的報(bào)告，添加甲醇作為乙醇的補(bǔ)充還能縮小生成的納米管的直徑，而且和下面的石英晶體一起改善它們的原子排列。

    生成的納米管只能用放大倍數(shù)極高的設(shè)備看到，例如掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡。這種中空的碳柱究竟具有金屬性質(zhì)還是半導(dǎo)體性質(zhì)，這取決于它們的空間三維排列——科學(xué)家把這種性質(zhì)稱為"手性"。

    這個(gè)研究組的下一個(gè)挑戰(zhàn)將是在原子層次上理解為何"就是這樣"調(diào)節(jié)生長(zhǎng)氣體混合物導(dǎo)致了正確的手性，從而只產(chǎn)生了半導(dǎo)體納米管。這組科學(xué)家還想知道是否另一種組合可能產(chǎn)生全金屬性質(zhì)的納米管。

    "我們希望有能力控制那種手性，"他說。