王鸣生课题组在碳纳米管的无缝互连与性能调控方面取得重要进展

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王鸣生教授课题组在碳纳米管的无缝互连与性能调控方面取得重要进展。该系列工作首先利用原位电镜技术，提出并展示了一种多壁碳管无缝互连的普适方法。具体而言，先通过电子束诱导将无定形碳沉积到两根待连接碳管端口的间隙处，再以可控焦耳加热的方式使无定形碳晶化，所形成的多层管状结构与碳管端口管壁完美融合，从而形成碳管无缝连接。利用此技术，我们首次实现了单根多壁碳管在电击穿后的无缝修复；并且在修复后，碳管的导电性几乎完全恢复。该工作还进一步证明了这一技术的通用性：所连接的两根碳纳米管可以有不同的直径、手性、壳层数和轴取向，从而突破了之前无缝互连只能发生在具有相同直径和手性的单壁碳管上限制。另外，利用分子动力学模拟，在原子尺度水平上揭示了碳管接合过程中的结构演变，所得结果与实验很好契合。该无缝互连方法可进一步扩展到一维碳纳米管和二维石墨烯结构之间的连接，充分体现了这一技术在sp2碳基纳米结构的制备生长以及自下而上式器件构建与修复方面的重要潜力。

相关成果以"Seamless interconnections of sp2-bonded carbon nanostructures via the crystallization of a bridging amorphous carbon joint"为题在RSC材料领域旗舰期刊Materials Horizons（IF=13.183）上以封面形式 （outside front cover）发表。课题组博士研究生赵龙泽和程勇为该论文的共同第一作者，王鸣生教授为本文通讯作者。

与此相关的另一项工作，同样利用原位电镜电子束辐照与焦耳加热技术对碳管的缺陷结构进行操控，使碳管在晶态和非晶间多次转换，从而实现其导电性和电子场发射性能的反复可逆的变化，其变化精度也可由电子束辐照剂量和焦耳热功率来很好的调节。该缺陷操控技术可使碳管器件应用到复杂多变的环境中，有效提升了碳管电学性能的可调节性及其环境适应性。相关成果以"Structural and electrical properties tailoring of carbon nanotubes via a reversible defect handling technique"为题，以封面形式发表在碳材料领域著名期刊Carbon上。课题组硕士研究生李欣为该论文第一作者，王鸣生教授为本文通讯作者。

图1 单根碳管在电击穿后实现其无缝连接修复；不同直径、手性、壳层数和轴取向的两根碳管的无缝连接

Materials Horizons论文链接：http://dx.doi.org/10.1039/C8MH01154K

RSC中文官媒报道：https://mp.weixin.qq.com/s/l5qMZuZ1XYGFG230IqevWA

Carbon论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622318302720

王鸣生博士，福建省闽江学者特聘教授，厦门大学博士生导师，中组部“青年##”计划、全国百篇优秀博士学位论文奖及福建省“百人计划”入选者，主要从事低维电子与能源材料的原位电镜（in-situ TEM/SEM）表征及相关器件研究。长期以来致力于利用原位电镜技术（In-situ TEM/SEM）对低维电子和能源材料进行“结构创建—过程观察—物性测量—器件表征”的一体化研究。