过去只要提到奈米管(nanotube)，所指的就是有机碳奈米管，但现在情况已经不一样了。 美国乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的研究人员开发出了一种新型 无机奈米管材料，其特性与在日本和纽西兰发现的火山矿物质类似。 乔治亚理工学院教授Sankar Nair的研究团队透过结合氧化铝、矽和锗的方法，开发出了 这种新型单壁奈米管，不仅制造成本比碳奈米管低，还具备较容易控制的特性。Nair指出 ：「我们的无机金属氧化物奈米管更接近目前晶片产业已经在制造的；我们运用了一种与 半导体所使用的十分类似的无机化学品，但是性质更温和，所以有更多机会能对其结构进 行特制化。」 目前的半导体和碳奈米管在制造过程中都需要极端的温度和压力，促使晶片厂商不得不试 着用掺杂质的有机聚合物，来做为成本更低且更为简单的替代方案。但有机聚合物的电子 特性比不上无机矽和锗。如今Nair的研发小组宣布开发出了结合以上二者优势的材料，不 仅成本更低，而且和聚合物一样便於制造。 Nair表示：「我们的金属氧化物奈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奈米管来验证以上概念。我们的目标是可以利用这 些全新的材料来制造人们印象中可以用碳奈米管制造的各种元件。」 目前还有其它研究人员在研究平面金属氧化物元件(planar metal oxide devices)，透过 限定两种不同金属之间的两类绝缘体来建构异质接面(heterojunctions)。Nair认为，他 的金属氧化物奈米管有朝一日也可以外加两层金属，制作出一种新型的奈米级金属绝缘体 电子元件。 Nair还表示：「我现在还不敢说我们的金属氧化物奈米管材料可以直接应用到金属绝缘体 隧穿元件(metal insulator tunneling devices)上。但由於奈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。」 要形成奈米管，就必须将一个机制加入到材料的原子结构中，由它来抑制分子的天性，构 成线性平面。碳奈米管本质上属於突出富勒烯(fullerene，也叫巴克球[buckyball]，是 以测地线拱顶[geodesic dome]的发明者Buckminster Fuller的名字而命名)。而在另一方 面，无机金属氧化物奈米管则透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：「我们从铝开始来建构无机奈米管，铝一般是片状；但是透过附加具有不同键 长的原子──我们是采用矽或锗──就可以使之弯曲并形成管状结构。」而由於奈米管被 合成到水、铝、矽和锗混合的稀释溶液，依据精确的混合元素包括温度、pH值和容易控制 的制程参数，这种方式在理论上可以形成无数种无机奈米管。 「这里有一个关键，是当你想要制作直径不到10奈米的碳奈米管时，它们就变得非常难控 制。但由於我们所采用的化学物品非常温和(因此有些化学变化需要几天才能完成)，这些 金属氧化物材料都是非常容易控制的，我们可以采样并分析其不同特性，以便於妥善调整 我们的制程，而这透过碳奈米管是很难做到的。」Nair表示。 Nair的实验室制作的两种奈米管材料是alumino-silico- germanate (AlSiGeO)的变体， 直径为1.5~4.8奈米，长度不到100奈米。现有的实验材料的能隙(bandgaps)在3.5~4.5电 子伏特 (electron volts)之间，和氮化镓以及硫化锌相类似。Nair打算在下一代材料中 将过渡原子(transition atoms)加入到有机奈米管中，来降低其能隙，使之更接近传统的 半导体。 研究人员还打算对金属氧化物奈米管做详细的特性描述，检验包括吸附(adsorption)与扩 散(diffusion)等电气特性与化学特性。他们还计划制作一个有关该材料构成的通用理论 和详细模式，好让未来的新版本材料也会具备所需的特性。 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会(American Chemical Society Petroleum Research Fund)所赞助。他的研究团队成员还包括乔治亚理工学院的 博士研究生Suchitra Konduri 和Sanjoy Mukherjee。 (参考原文： Metal oxide nanotubes: lower-cost alternative to carbon?) (R. Colin Johnson) 资料来源: 电子工程专辑 http://blog.roodo.com/brysonbo/archives/4082391.html -- Motion Mountain - The Adventure of Physics : The Free Physics Textbook http://www.motionmountain.net/ HyperPhysics Concepts 近代物理好站 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quacon.html --

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