碳納米管又名巴基管，是由碳原子構(gòu)成的只有一個(gè)原子厚的中空管。因?yàn)榫哂歇?dú)特的物理和電氣性能，研究人員一直在探索用其取代傳統(tǒng)電路中的硅。借助碳納米管技術(shù)可生產(chǎn)出低成本的柔性電路板、顯示器和電池，讓可真正實(shí)用的穿戴設(shè)備成為現(xiàn)實(shí)。
領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的伊利諾伊大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)教授約瑟夫·萊丁說(shuō)，碳納米管本身就是高品質(zhì)的優(yōu)良導(dǎo)體，但目前用單個(gè)碳納米管制造晶體管還非常困難?，F(xiàn)實(shí)中一般采用碳納米管陣列的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。缺憾是，電流在通過(guò)碳納米管陣列時(shí)不得不“跳過(guò)”那些不同的納米管之間的間隙，這大幅降低了其導(dǎo)電速度。
在普通電路中，這樣的接口會(huì)被焊接住，以保證其穩(wěn)固程度和導(dǎo)電性能。但在納米尺度上怎么來(lái)焊接這些比頭發(fā)還要細(xì)十萬(wàn)分之一的碳納米管呢？
萊丁的研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)碳納米管之間的空隙時(shí)，接頭處就會(huì)變熱，這有點(diǎn)像普通家庭電路中電路故障所產(chǎn)生的發(fā)熱現(xiàn)象。“我們正是利用這種發(fā)熱現(xiàn)象，利用這些熱量引發(fā)局部化學(xué)反應(yīng)，將金屬沉積在空隙處，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管的焊接的。”萊丁說(shuō)。
為此，他們與同校的研究人員進(jìn)行了合作。其中有電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)副教授埃里克·鮑勃、材料與工程學(xué)教授約翰·羅杰斯以及化學(xué)教授格雷格·吉羅拉米。吉羅拉米是使用氣體讓金屬在物體表面進(jìn)行沉積的專家，這個(gè)過(guò)程也被稱為化學(xué)氣相沉積（CVD）反應(yīng)。
這種納米焊接技術(shù)簡(jiǎn)單且具有自我調(diào)節(jié)功能。首先將需要焊接的碳納米管陣列放置在事先充滿含有金屬分子氣體的腔體中。而后接通電源，讓電流從碳納米管陣列上通過(guò)，這時(shí)在電阻的作用下，連接處會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。熱量使腔體中的金屬分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將連接點(diǎn)精確地焊接起來(lái)。當(dāng)焊接成功，空隙消失后，該處的電阻會(huì)顯著下降，發(fā)熱反應(yīng)隨即停止，焊接程序宣告完成。
萊丁稱，這種納米焊接僅僅需要幾秒鐘的時(shí)間，它不但大幅提高了碳納米管單管的制造水平，也為其大規(guī)模生產(chǎn)提供了新的可能?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)本身是一種在商業(yè)上獲得大規(guī)模應(yīng)用的成熟技術(shù)，與現(xiàn)有碳納米管的生產(chǎn)過(guò)程能夠很好地兼容，可以很方便地加入到其生產(chǎn)工藝當(dāng)中。目前，研究小組正在對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步降低其操作難度和使用成本。
網(wǎng)站客服
粵公網(wǎng)安備 44030402000946號(hào)