以杜克大學為首的一組化學家在去年4月宣布發(fā)明了一種生長特別長、直、數(shù)量眾多且排列有序的只有幾個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體版本的這種單壁碳納米管。杜克大學的JerryG.和PatriciaCrawfordHubbard教席化學教授劉杰領導了這項研究，他說這項成果為制造超細的十億分之一米尺寸的可靠的納米電路鋪平了道路。

    "我認為這是這個領域的圣杯，"Liu說。"如今所有的東西都有了，包括對位置、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，例如大電流場效應管和傳感器。"

    由劉杰以及來自他在杜克大學的實驗室以及中國北京大學的一組合作者撰寫的關于這項成果的報告發(fā)表在了2009年1月20日出版的《納米快報》（NanoLetters）雜志上。他們的研究受到了美國海軍研究實驗室、中國國家自然科學基金委員會、碳納米管制造商UnidymInc、杜克大學以及中華人民共和國科學技術部的資助。

    劉杰已經(jīng)為這種方法申請了一項專利。他的實驗室的一位博士后研究員LeiDing是這份新的報告以及此前于2008年4月16日發(fā)表在《美國化學

    會雜志》（JACS）上的研究的第一作者。

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

    碳納米管有時候被稱為"巴基管"（buckytubes），因為它們的末端接通的時候形成了足球形狀的碳60分子，被稱為巴基球（buckyballs）。已故的RichardSmalley因為合成巴基球而分享了諾貝爾獎，在來到杜克大學之前，劉杰當時就在Smalley領導的賴斯大學實驗室工作。

    劉杰說，除了尺寸特別小，這些納米管還提供了其他優(yōu)點——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)熱量更少以及運行頻率更高。他還說："在更高頻率下運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的報告留下了一個沒有解決的問題，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體。其他一些在電特性上相當于金屬。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體的特性。

    在《納米快報》的新報告中，這組科學家宣布他們通過一個修改而成功地實現(xiàn)了事實上全半導體的生長。在他們之前的研究中，他們在原料氣中使用了酒精乙醇從而提供生長納米管的基本成分的碳原子。在這項新的研究中，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——氬和氫——混合在了一起。

    "我們發(fā)現(xiàn)通過使用兩種酒精以及氬和氫的正確組合，我們可以專門生長半導體納米管，"劉杰說。"這就像操縱一個調節(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。

    這組科學家用900攝氏度的小型爐內通過化學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效應管從而測試它們的電特性。

    "我們根據(jù)測量結果估計樣本含有95%到98%的半導體納米管，"這組科學家報告說。

    為了核實這一結果，這組科學家還用拉曼光譜檢測了一些納米管，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)分半導體和金屬屬性的分析技術。

    根據(jù)這份新的《納米快報》的報告，添加甲醇作為乙醇的補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還是半導體性質，這取決于它們的空間三維排列——科學家把這種性質稱為"手性"。

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

    "我們希望有能力控制那種手性，"他說。