科学家们使碳纳米管森林长得比其他任何地方都要长

如今，光学，电子，水净化和药物输送等众多行业都在以前所未有的规模通过称为碳纳米管(CNT)的纳米级蜂窝状石墨片卷进行创新。诸如重量轻，结构方便，巨大的机械强度，优异的导热性和导电性以及稳定性等特征使CNT领先于其他材料替代品。但是，为了满足其不断增长的工业需求，必须不断扩大其生产规模，这是使用CNT的主要挑战。

尽管科学家们能够生长大约50厘米长的单个碳纳米管，但是当他们尝试阵列或森林时，它们却撞到2厘米左右的天花板。这是因为对于森林中CNT的生长至关重要的催化剂在森林中的CNT不再能够生长之前就失活和/或耗尽，这增加了CNT生产的货币和原材料成本，并威胁到其工业用途的上限。

现在，来自日本的一组科学家制定了一项突破性的策略。在他们发表在Carbon上的研究中，该团队提出了一种对常规技术的新颖方法，该技术可以产生创纪录长度的CNT森林：〜14 cm，比先前的最大值大七倍。早稻田大学副教授Hisashi Sugime领导该小组，他解释说：“在常规技术中，由于催化剂的逐渐结构变化，CNT停止生长，因此我们专注于开发抑制这种结构变化的新技术，使CNT可以生长更长的时间。”

该团队根据之前的研究发现，创造了催化剂。他们将coated(Gd)层添加到涂覆在硅(Si)衬底上的常规铁铝氧化物(Fe / Al 2 O x)催化剂中。该Gd层在一定程度上防止了催化剂的劣化，使森林长到大约5厘米长。

尽管碳纳米管森林很难通过传统方法长成，但技术上的一些微调可以使情况发生巨大变化。图片来源：早稻田大学久志寿男

为了进一步防止催化剂变质，研究小组将催化剂放在其原始腔室中，该腔室称为冷气化学气相沉积(CVD)室。在那里，他们将其加热到750°C，并向其提供少量(百万分之一)的室温铁和铝蒸气。

这使催化剂保持了26小时的强度，在这段时间内，茂密的CNT林可以长到14厘米。各种表征生长的CNT的分析表明，它们具有很高的纯度和竞争力。

这项成就不仅克服了碳纳米管在工业上广泛应用的障碍，而且为纳米科学研究打开了大门。Sugime说：“这种简单但新颖的方法通过提供ppm级的蒸气源来大大延长催化剂的寿命，对于石油化学和纳米材料晶体生长等其他领域的催化剂工程具有深刻的见解。” “这里的知识对于使纳米材料成为普遍存在的现实至关重要。”

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