2009年8月10日
碳纳米管——微小的、卷起来的石墨管——有望提高电子电路的速度，增强用于飞机和赛车的碳复合材料等材料的强度。欧洲杯足球竞彩然而，一个主要的问题是，用来生长纳米管的金属与电路和复合材料中的材料发生不良反应。欧洲杯足球竞彩但是现在，研究人员麻省理工学院首次证明纳米管可以在没有金属催化剂的情况下生长。研究人员证明，在立方氧化锆“假钻石”中发现的氧化锆同样可以生长纳米管，但不会产生金属的副作用。
在碳纳米管的生产中切割金属的意义是巨大的。历史上，纳米管是与铁、金和钴等元素一起生长的。但这些有毒物质在洁净室环境中会造成问题。此外，在纳米管合成中使用金属使得用红外光谱观察形成过程变得困难，这是一个挑战，使研究人员对纳米管生长的某些方面一无所知。
“我认为这从根本上改变了关于我们如何理解碳纳米管合成的讨论，”领导这项研究的航空航天教授布莱恩·沃尔德(Brian Wardle)说。这项研究发表在8月10日的《美国化学学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)网络版上。
沃德尔补充说，一些研究人员可能会发现这个结果有争议，因为没有人证明除了金属以外的任何东西可以生长纳米管。他表示:“人们经常报告(作为催化剂的)新金属。”“但现在，我们有了一种全新的催化剂和机制来理解和辩论。”
传统的纳米管生长模型是这样的:在基底上撒上由特定金属制成的纳米粒子种子，这些纳米粒子种子与所需的纳米管直径相同。将衬底和纳米颗粒加热到600到900摄氏度，然欧洲杯猜球平台后加入甲烷或酒精等含碳气体。在高温下，分子分裂又重新组合。其中一些含碳分子找到了到达纳米粒子表面的途径，在那里它们溶解，然后以纳米管的形式沉淀出来。
研究人员发现，如果他们只是在基底上使用氧化锆纳米颗粒，他们也可以将碳诱导成纳米管。欧洲杯猜球平台重要的是，这种生长机制似乎与金属纳米颗粒生长的管完全不同。氧化锆生长的纳米管并没有溶解到纳米颗粒中析出，而是直接在纳米颗粒表面组装。
麻省理工学院的研究人员与英国剑桥大学的斯蒂芬·霍夫曼教授合作，用x射线光电子能谱技术拍摄了氧化基纳米管生长过程中的图像。这让他们看到，当纳米管形成时，氧化锆持续存在，而没有形成金属，这支持了他们的结论。
这一发现最令人兴奋的意义之一是，它意味着用于制作不同类型工艺品的碳纤维和复合材料可以通过纳米管进行加固。“复合材料是耐用的，但在特定的加载条件下会失效，比如当胶合板薄片和碎片分开时，”麻省理工学院研究生、该研究的第一作者斯蒂芬·斯坦纳(Stephen Steiner)说。“但如果你能用纳米管在微观层面强化复合材料，就像钢筋在建筑或桥梁中加固混凝土一样，会怎么样呢?”这就是我们正在努力做的，以提高碳复合材料的力学性能和抗破裂性。”
施泰纳表示，空客A380和波音新787等飞机只有40%是由复合材料制成的，而不是90%，原因是复合材料不够坚固，不适用于飞机的所有部件。但如果它们由纳米管支撑，那么飞机就可以用更多的复合材料制成，这将使它们更轻，而且飞行成本更低，因为它们不需要那么多燃料。
这些发现已经让工业界的研究人员印象深刻。“这项创新对碳纳米管的商业生产有着深远的影响，”David Lashmore说，他是Nanocomp技术公司的首席技术官，该公司位于新罕布什尔州的康科德，没有参与这项研究。“它首次允许使用陶瓷催化剂，而不是磁性过渡金属，其中一些是致癌的。”
沃德尔认为，未来几年将会发现更多的氧化物基催化剂。他和他的团队将专注于尝试理解这种类型的纳米管生长的基本机制，并帮助贡献更多类型的催化剂到纳米管的生长武器库。虽然研究人员没有一个时间表，但他们怀疑，这一过程很容易商业化，因为它简单，适应性强，在很多方面，比使用金属催化剂更灵活。