超长碳纳米管：制备技术新突破！

超长碳纳米管：制备技术新突破！

2023年12月，清华大学化学工程系魏飞教授研究组在《科学-进展》发表重要论文，报道了一项关于超长碳纳米管的突破性进展。研究团队通过声波辅助组装技术，成功将分米级长度的超长碳纳米管制备成单色线团，这一创新为解决碳纳米管手性一致性和高密度制备这一世纪难题提供了全新思路。

超长碳纳米管因其独特的物理化学性质，在电子器件、传感器、光电探测等领域展现出广阔的应用前景。然而，实现其规模化应用的关键在于如何制备出高密度、手性一致的碳纳米管材料。

清华大学化工系张如范课题组在这一领域取得了重要进展。研究团队开发了一种“基底拦截导向”策略，成功克服了传统生长方法中催化剂利用率低、催化剂颗粒易聚等问题，使超长碳纳米管的阵列密度和产率提升了2-3个数量级。

为进一步提升产率和均匀性，研究团队还创新性地提出了浮游双金属催化剂的原位气相合成方法。这一技术突破显著延长了催化剂的寿命，并实现了30厘米级碳纳米管水平阵列的大面积均匀制备。

随着制备技术的突破，超长碳纳米管在多个领域的应用研究也取得了重要进展。

在传感器领域，张如范课题组基于悬空超长碳纳米管网络，成功制备出超灵敏气流传感器。该传感器利用超长碳纳米管轻质、超柔的特性，实现了高灵敏度、超快响应和低检出限等优异性能。

在光电探测领域，研究团队开发了基于悬空超长碳纳米管的高性能光电探测器。通过构建悬空结构，有效避免了基底声子散射的影响，并利用碳纳米管与空气界面上的超高传热系数和比表面积，显著提升了光电探测性能。测试结果显示，该探测器在相同激光波长和功率密度下，光电导响应是传统非悬空结构的近8倍，且具有更高的灵敏度和更快的响应速率。

更值得一提的是，张如范课题组近期在Advanced Functional Materials发表的研究，报道了基于悬空超长碳纳米管-二硫化钼异质结网络的高性能光电探测器。该探测器在可见光和近红外波段均表现出优异的光探测性能，实现了超快响应（0.03 ms）、高响应度（8.51 A W–1）和高探测率（3.74 × 1011 cm Hz1/2W–1），综合性能显著优于多数已报道的碳基光电器件。

超长碳纳米管的研究进展不仅为其规模化应用奠定了基础，更为碳基集成电路、高性能电子器件等领域的技术革新提供了新的可能。随着制备技术的不断优化和应用研究的深入，超长碳纳米管有望在下一代半导体材料、柔性电子器件、环境监测、军事侦察等多个领域发挥重要作用，为我国在相关领域的技术突破和产业发展提供有力支撑。