香港科技大學的研究員已成功地製成了世界上最小的單壁納米碳管。
此發明開展了納米碳管在各高科技範圍,如電子學、資訊科技及生物學上的新應用。
首席研究員湯子康教授表示:「我們的納米碳管是一個理想的一維導體,但它所有的獨特性 質還有待發掘。」納米碳管有豐富多彩的電子特性。

透射電子顯微鏡 (TEM) 顯示沸石管道及其內的納米碳管 , 掃描電子顯微鏡 (SEM) 顯示沸石單晶體 ,上圖則為沸石晶體及納米碳管的圖片 ,沸石的結構與納米管內的通道之模型

根據不同的尺寸及螺旋度,它可以是金屬,也可以是窄禁帶或中禁帶的半導體。湯教授的碳管直徑只有0.4納米。
他表示:「極小的尺寸是納米碳管顯示超導特性的因由。」100萬納米相等於1亳米。
湯教授解釋納米碳管的奇特性質,他指出:「通常,物質的特性與它的尺寸無關。例如, 如果一種物質是金屬,將它切割為多份後,它仍是金屬。納米碳管卻不同。一支納米碳管是金屬或是半導體,視乎它的尺寸與卷曲的方向。」
「如果將金屬型與半導體型的納米碳管連接在一起,你便會得到一個納米尺度的半導體二極管或三極管,它們對將來的納米科技十分有用。」
香港科技大學的研究員用沸石AFI晶體的管道鑄模而製成納米管。沸石有多種形態,可以是自然的,也可以人工製造的。
它們都有一共同特點,便是在結構中全都有納米體積的小孔。由於這些小孔可以吸附或過濾特定大小的分子,它們被普遍用作分子濾篩。
AFI單晶體的質量對晶體的生長條件十分敏感。研究員們的工作重點為致力找尋一個最完美的晶體生長條件,從而得到了無瑕疵的沸石晶體。製造納米碳管的過程包括引進碳氫分子入管道內,及誘發高溫分解。
差不多有20個不同種類的碳氫分子可以用來合成納米碳管,每種都可造成不同直徑與螺旋度的納米碳管。 超微細的納米碳管帶出的難題,是難於觀察它們的結構與原子排列。 若要用電子顯微鏡觀察納米碳管的結構,便要將它們從沸石管道內取出。但是,在高強度的電子朿照射下,它們會變得不穩定。
反覆試驗下,研究員尋找到一個方法可令他們直接觀察。他們藉此觀察到自己的突破性 發明—世上最細微之單壁納米碳管。
能觀察到納米碳管的原子排列是很重要的,因為這樣可以揭露它們的對稱情況。雖然透射電子顯微學 (TEM) 讓研究員們鑑証到0.4 納米的直徑,卻未能對納米碳管的結構盡窺全豹。

一個可能的解決方法,是轉用掃描隧道顯微鏡 (STM) ,探究在表面的碳原子是如何排列的。由此,研究人員便可以分辨不同的對稱狀況。
湯子康教授聲稱:「這是一項充滿剌激與挑戰性 的工作。很多人都預見到因它們的尺寸帶來觀察原子結構上的困難,但這是值得嘗試的。」
由於納米碳管的細小直徑與優良的電導特性 ,可以應用於製造電視機只有數亳米厚的平面顯示屏,及應用於電腦熒幕上。 納米碳管的高容量儲氣特性 ,可用於製造無污染的氫燃料電池。納米碳管是世上所知最堅硬的物質,比鋼還要硬20倍,而且比鑽石還要堅硬。

首席研究員 > 湯子康教授 > 電郵 : phzktang@ust.hk