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探索結(jié)構(gòu)和物性可控的新型低維納米結(jié)構(gòu)材料是納米科技的重要研究方向之一。過去的十多年里，人們對(duì)納米碳材料體系進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，而對(duì)低維硼納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道很少。硼在元素周期表中與碳近鄰，具有優(yōu)良的物理化學(xué)特性，如：穩(wěn)定性高、密度低、熔點(diǎn)高、硬度也接近于金剛石，而且還具有高的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量以及高的室溫電阻率。所以，低維硼納米結(jié)構(gòu)材料在場(chǎng)發(fā)射材料、納米電子學(xué)、傳感器、超導(dǎo)、能源等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。然而，由于一直未能發(fā)現(xiàn)低維硼納米結(jié)構(gòu)材料有效的生長(zhǎng)方法，使得制備一維硼納米結(jié)構(gòu)材料及對(duì)其物性的研究難以有所突破。

 

中科院物理所高鴻鈞研究組采用碳熱還原法首次制備得到了大面積的新型一維硼納米結(jié)構(gòu)－硼納米錐。納米錐為四方的硼結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為幾個(gè)微米，尖端的直徑為50-100 nm， 電導(dǎo)率為(1.0-7.3)×10-5 (Ω·cm)-1。場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試表明硼納米錐具有較小的開啟和域值電場(chǎng)，分別為3.0 V/µm 和 5.3 V/µm。這項(xiàng)研究結(jié)果表明：具有良好電學(xué)特性和場(chǎng)發(fā)射性質(zhì)的硼納米錐材料極有可能成為新一代的場(chǎng)發(fā)射陰極材料。該項(xiàng)工作與中山大學(xué)的劉飛博士和物理所微加工實(shí)驗(yàn)室顧長(zhǎng)志研究員合作開展。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期的《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

 

此外，高鴻鈞研究組還與化學(xué)所宋延林研究員合作，對(duì)另一種納米結(jié)構(gòu)材料與特性進(jìn)行研究。他們?cè)O(shè)計(jì)合成了含有三苯胺的推、拉電子型化合物2-((Z)-2-(4-diphenylamino) enzylidene)-1, 2-dihydro-1-oxoinden-3-ylidene) malononitrile (BDOYM), 并制備了納米薄膜，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的納米級(jí)電導(dǎo)轉(zhuǎn)變。三苯胺不僅具有良好的供電子能力，還可以穩(wěn)定電荷轉(zhuǎn)移態(tài)。他們還利用雜化理論(Hybrid Hartree-Fock/Density Functional Theory)研究了電導(dǎo)轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制。該項(xiàng)研究為制備納米電子器件提供了一種很有應(yīng)用前景的材料。有關(guān)工作發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》（JACS）上。

 

該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、國家科技部和中國科學(xué)院的大力支持。