中國儲能網(wǎng)訊：如今半導(dǎo)體圈最棘手的事莫過于摩爾定律即將終結(jié)，研究人員不得不尋找硅材料的替代者來提升半導(dǎo)體的性能，而碳納米管就被認(rèn)為是最有可能取代硅的材料之一。
1、美國威斯康星大學(xué)：成功制備1英寸碳納米晶體管，性能超越硅晶體管
近日，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校已經(jīng)在這一材料的研發(fā)上取得了跨越式的突破，該校的材料學(xué)家成功研制了1英寸大小碳納米晶體管，并且首次在性能上同時超越了硅晶體管和砷化鎵晶體管。
顧名思義，碳納米晶體管是由碳納米管作為溝道導(dǎo)電材料制作而成的晶體管，其管壁只有一個原子厚，這種材料不僅導(dǎo)電性能好，而且體積能做到比現(xiàn)在的硅晶體管小100倍。另外，碳納米晶體管的超小空間使得它能夠快速改變流經(jīng)它的電流方向，因此能達到5倍于硅晶體管的速度或能耗只有硅晶體管的1/5。
不過因為技術(shù)的瓶頸，過去很長一段時間研究人員都沒能研制出性能優(yōu)于硅晶體管和砷化鎵晶體管的碳納米晶體管，更不用奢望其應(yīng)用在各類電子設(shè)備中。
據(jù)了解，按照傳統(tǒng)的做法，碳納米管內(nèi)通常會混雜一些金屬納米管，但是這些金屬納米管會造成電子裝置短路，從而破壞碳納米管的導(dǎo)電性能。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員這次另辟蹊徑，他們利用聚合物取代了幾乎所有的金屬納米管，將金屬納米管的含量降到0.01%以下，這樣的做法大大提升了導(dǎo)電性能。
除此之外，該研究團隊還在工藝上做出了改善，他們研發(fā)出的溶解方法成功移除碳納米管制造過程中產(chǎn)生的殘渣。
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校材料工程學(xué)教授邁克·阿諾德表示：“我們的研究同時克服了碳納米管面臨的多重障礙，最終獲得了性能首超硅晶體管的1英寸碳納米晶體管。碳納米管的許多設(shè)想仍有待實現(xiàn)，但我們終于在二十年后實現(xiàn)了趕超?！?
2、加拿大麥克馬斯特大學(xué)發(fā)明了一項新的碳納米管提純技術(shù)
想象一下，未來，你的電子報紙可以被隨意卷起來，就算你把咖啡打翻，將水倒在上面，也不會影響電子報紙的更新和閱讀——當(dāng)然，這只是眾多被認(rèn)為會在將來出現(xiàn)的黑科技之一，聽起來的確很炫酷。但是想要完成這個目標(biāo)還需要搞定一項關(guān)鍵技術(shù)，那就是如何對碳納米管進行分離。而最近，加拿大麥克馬斯特大學(xué)（McMaster）的Alex Adronov研究小組發(fā)明了一項新的提純技術(shù)，該項技術(shù)為碳納米管的制取掃平了道路。
碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，是一種與頭發(fā)絲生物結(jié)構(gòu)類似的碳結(jié)構(gòu)。它的直徑只有十億分之一米，具有許多特殊的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。
由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以它具有很好的電學(xué)性能，同時又更加耐熱。除此之外，它的韌性極高，是目前可制備出的具有最高強度比的材料，能夠給復(fù)合材料的性能帶來極大的改善。并且，雖然與高分子材料的結(jié)構(gòu)相似，但其結(jié)構(gòu)卻比高分子材料穩(wěn)定得多。使用碳納米管替代硅為原料，能夠讓存儲器和處理器以三維方式堆疊在一起，降低了數(shù)據(jù)在兩者之間轉(zhuǎn)換的時間，從而大幅提高了計算機芯片的處理速度。
近些年，隨著碳納米管及納米材料研究的深入，其廣闊的應(yīng)用前景也在不斷地展現(xiàn)出來。這種纖細(xì)的柔性材料被認(rèn)為將來能夠替代計算機或其他電子設(shè)備中的硅基芯片。
不過，科學(xué)家們在碳納米管的制取上，一直都面臨著一個難題。碳納米管有著兩種微觀結(jié)構(gòu)，即半導(dǎo)體型碳納米管和金屬型碳納米管。制備過程中，這兩種碳納米管同時被混在一起。雖然它們都是制取后需要保留的材料，但是只有能將兩者分開，才能發(fā)揮其功能作用。
為了解決這個難題，科學(xué)家們已經(jīng)花費了數(shù)年的時間進行研究測試，無奈卻只找到了將半導(dǎo)體型碳納米管溶解剝離成聚合物的方法，這樣一來，就僅僅只能夠獲得金屬型碳納米管，而獲得半導(dǎo)體型碳納米管的方法卻一直未能找到。 如今，研究人員終于成功地反轉(zhuǎn)了聚合物的電特性，從而能夠剝離金屬型管而只留下半導(dǎo)體型管。研究小組的下一步計劃是研制出更高效的聚合物，使得這個過程商業(yè)化。
“一旦我們擁有一個穩(wěn)定的，可以用來制取純凈碳納米管的技術(shù)，并且成本沒那么昂貴的話。那么地球上的很多事情都會發(fā)生快速的變化?！?Alex Adronov說道，他是麥克馬斯特大學(xué)的化學(xué)專家，正是他的團隊發(fā)明了這種具有極大潛在效益的提純碳納米管的技術(shù)。
在麥克馬斯特大學(xué)，研究人員們正在電子顯微鏡中心做著精密的研究，專家們正展開緊密的合作，他們都在為進一步提純碳納米管做著努力。如果這項技術(shù)能夠得到普及，那么一種新的芯片制作材料——比硅更穩(wěn)定而且更抗熱、速度更快的碳納米管將顛覆傳統(tǒng)的計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計。
“在這個世界上，已經(jīng)很少有一個地方能夠讓人們展開這樣跨學(xué)科的創(chuàng)造性工作了?！盇dronov說。下一步，他的團隊將找到一種方法來開發(fā)更有效的聚合物，以擴大碳納米管的商業(yè)化生產(chǎn)進程，并且在未來，發(fā)現(xiàn)碳納米管更加廣泛的用途。
