固體所在構筑異質復雜一維納米結構方法上取得進展

　　與單一材料的一維納米結構相比，由異質材料組成的復雜形貌一維納米結構，具有更多的功能與更好的性能。這種異質復雜一維納米結構在各種納米器件與多功能復雜系統中具有廣泛的應用前景。此前，人們根據高純鋁在陽極氧化過程中所形成孔的直徑與陽極氧化電壓成正比的關系，采用在陽極氧化過程中降低電壓、化學氣相沉積等方法，制備了具有多代分支結構的碳納米管(PNAS 102, 7074 (2005))。

　　最近，中科院合肥物質科學研究院固體所孟國文小組在用模板法構筑多代分支形貌的晶態硅納米管、晶態硅納米管與金納米線組成的分支形貌的異質納米結構、以氧化鋁為殼層的納米電纜等異質復雜一維納米結構方面取得新進展。

　　硅是現代半導體工業的核心材料，硅納米管與硅基半導體技術完全兼容，在傳感器、晶體管、儲氫、光電器件等方面有廣泛的應用前景。硅原子比碳原子更傾向于形成sp3雜化(碳原子之間通常形成sp、sp2和sp3雜化)。實驗中一般容易獲得硅納米線，而很難獲得硅納米管。該組陳本松、許巧玲博士用具有多代分支形貌孔的氧化鋁模板法構筑了具有相應幾何形貌的硅納米管。經過大量摸索試驗，在不使用任何催化劑的條件下，通過調節化學氣相沉積過程中的各種工藝參數，利用氧化鋁模板孔道的幾何形貌限域作用與自催化作用，獲得了與氧化鋁模板孔形貌完全一致的多代分支形貌的非晶硅納米管。為了提高非晶態硅納米管的結晶性，科研人員采用后續退火處理的方法將非晶硅納米管轉化為晶態硅納米管，從而獲得了具有多代分支形貌的高純度晶態硅納米管，相關論文發表在Adv. Funct. Mater. 20, 3791(2010)。在此基礎上，該小組采用以前合成由碳管與可電沉積材料納米線組成的分支形貌異質納米結構的類似方法(詳見Meng, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 48,7166(2009))，成功地構筑了由晶態硅納米管與金納米線組成的分支形貌異質納米結構(見圖1所示)，相關論文發表在ACS NANO 4，7105-7112 (2010)。

　　納米電纜屬于一維納米結構中的徑向異質結構，在納米電子學領域有廣泛的應用前景。該小組楊大馳博士此前發明了“一種合成由兩種可電沉積材料組成的納米電纜的通用方法”(詳見Appl. Phys. Lett. 92,083109(2008))。如果納米電纜的殼層為氧化物絕緣體，則殼層可以作為芯部的保護層、絕緣層及場效應晶體管的柵極氧化物等。

　　最近，科研人員發明了一種合成以氧化鋁絕緣體為殼層的納米電纜的普適方法。這些納米電纜“芯部”的納米線和納米管的材料可以是金屬、金屬氧化物、導電聚合物、化合物半導體以及單質碳、硅和鍺等。相關論文作為“卷首插畫論文”發表在Angew. Chem.Int. Ed. 50, 2036-2040 (2011)。此前，人們已經報道了幾種合成以氧化硅和氧化鋁為絕緣層的納米電纜的方法，然而，卻不能對納米電纜的芯部材料種類及其結構進行有效調控。而對芯部材料種類和結構的控制，對構筑具有各種功能的納米器件和系統具有重要的意義。

　　相關工作得到中科院、國家基金委和科技部等資助。　　

由晶態硅納米管(黑色)和金納米線(黃色)組成的異質復雜納米結構示意圖

Angew. Chem. Int. Ed. 2011－50/9的“卷首插畫論文”