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美科學(xué)家定量確定碳納米管電學(xué)性質(zhì)
2007-09-03  來源：中國(guó)聚合物網(wǎng)
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    美國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究，定量測(cè)定了單壁碳納米管(SWCNT)的電學(xué)性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)，單壁碳納米管中每32個(gè)碳原子就能夠捕獲并存儲(chǔ)一個(gè)電子，而且很容易實(shí)現(xiàn)受控放電。這一發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家按照需求設(shè)計(jì)出作為電容器的碳納米管，并提高電子設(shè)備和太陽(yáng)能電池的光電和電氣化學(xué)性能。相關(guān)論文發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的ACS Nano雜志上。

    進(jìn)行該項(xiàng)研究的是圣母大學(xué)的Anusorn Kongkanand和Prashant Kamat，他們監(jiān)控了由二氧化鈦半導(dǎo)體顆粒和單壁碳納米管組成的復(fù)合系統(tǒng)，在達(dá)到電荷平衡的過程中電子的轉(zhuǎn)移。

    當(dāng)二氧化鈦納米顆粒受到紫外光激發(fā)時(shí)，它的電子會(huì)發(fā)生分離，其中的一些由于受到限制而不能自由移動(dòng)，每12納米長(zhǎng)的二氧化鈦顆粒中大約有3770個(gè)電子是這種情況。這些受限制的電子會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色。然而，當(dāng)研究人員將二氧化鈦顆粒和單壁碳納米管形成系統(tǒng)時(shí)，藍(lán)色減弱了，這是由于一些封存于二氧化鈦中的電子轉(zhuǎn)移到了單壁碳納米管。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單壁碳納米管的濃度達(dá)到100mg/L時(shí)，藍(lán)色徹底消失，這說明二氧化鈦中的封存電子完全轉(zhuǎn)移到了單壁碳納米管。

    計(jì)算表明，單壁碳納米管中每32個(gè)碳原子就能夠捕獲并存儲(chǔ)一個(gè)電子，整個(gè)過程在億分之一秒內(nèi)完成。如此之高的電子存儲(chǔ)能力使碳納米管變成一個(gè)“超級(jí)電容器”。

    論文高級(jí)作者Kamat表示：“利用碳納米管所占空間小的特點(diǎn)來提升電子的存儲(chǔ)能力，對(duì)于電池的小型化至關(guān)重要！盞amat強(qiáng)調(diào)，只有當(dāng)半導(dǎo)體顆粒和碳納米管二者的費(fèi)米能達(dá)到平衡，電子轉(zhuǎn)移才會(huì)停止，因此，32個(gè)碳原子捕獲一個(gè)電子是受到系統(tǒng)能量限制的保守估計(jì)。這也就意味著如果改變半導(dǎo)體材料或者改變充電方法，單壁碳納米管有可能存儲(chǔ)更多的電子。同時(shí)，半導(dǎo)體的能量級(jí)別越高，轉(zhuǎn)移的電子也會(huì)越多。

    為了實(shí)現(xiàn)放電，研究人員在系統(tǒng)中加入可接收電子的硫堇，其還原電勢(shì)比碳納米管更高，因此電子會(huì)從碳納米管中流入硫堇。

    研究人員表示：“單壁碳納米管接收和轉(zhuǎn)移電子的能力凸顯了它在電子轉(zhuǎn)移過程中的中介作用。單壁碳納米管的充放電特性將在提升光電轉(zhuǎn)化方面起到重要作用！
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（責(zé)任編輯：曉靖）
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