纳米碳管作为潜在的第三代晶体管，其手性决定其表现出的金属导体或半导体性能。然而，如何制备手性可控的纳米碳管，成为制约纳米碳管在微纳电子、集成电路等领域应用的关键问题。国外最新实验研究表明：石墨烯纳米条带在纳米碳管的辅助下，可以自组装形成螺旋结构，有趣的是部分实验中发现了自组装纳米碳管的生成。但在石墨烯纳米条带自组装过程中，什么是影响最终自组装结构的主要因素？如何在辅助纳米碳管外(内)表面获得自组装纳米碳管？通过该方式获得自组装纳米碳管的手性是否可以预测？
最近，中科院力学所仿生材料与固体的微尺度力学课题组采用分子动力学数值实验方法，深入地研究了石墨烯纳米条带在辅助纳米碳管上形成自组装结构的稳定性，揭示了系统温度及初始螺旋角是影响自组装结构稳定性的主要因素。不同的系统恒定温度和初始螺旋角条件下，自组装形成的结构存在三种稳定构型：螺旋结构、纳米碳管及准直条带结构；进一步通过升温处理的方法，螺旋结构可自发转变为纳米碳管或准直条带结构；再次通过高温退火处理的技巧，准直条带结构可进一步转变为纳米碳管。最后给出了计算自组装纳米碳管手性的理论公式，理论预测与数值实验结果一致。自组装形成纳米碳管的手性主要依赖于石墨烯纳米条带的宽度及辅助纳米碳管的直径，从而为手性可控纳米碳管的制备提出了一种新思路。
该工作得到了国家自然科学基金（11125211，11372317）及科技部重大科学研究计划（2012CB937500）的支持，相关成果以Chirality-Controlled Carbon Nanotubes Fabricated by Self-Assembly of Graphene Nanoribbons为题发表在Journal of Physical Chemistry C上。
原文链接：DOI:10.1021/jp5058308.



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