食盐对新型金属纳米管的形成具有促进作用,该纳米管有望为速度更快的电子器件的研发与应用提供可能
2025-11-08 15:06
来源:宾夕法尼亚州立大学
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包括宾夕法尼亚州立大学研究人员在内的国际团队,首次成功制备出具有稳定、可预测特性的硫化铌金属纳米管。这一成果发表在ACS Nano上,为先进材料科学领域带来新突破,这种新型纳米材料有望为更快电子器件、高效电力传输及未来量子计算机发展铺平道路,而食盐在其中发挥了关键作用。

纳米管是极其微小的空心圆柱体结构,由原子层卷曲而成,其独特尺寸和形状赋予它与三维或块状材料不同的性质,比钢坚固、比塑料轻,导电电阻小、导热效率高,还能表现出奇异量子效应,成为未来技术理想构建模块。此前科学家虽能用碳和绝缘的氮化硼制造纳米管,却无法用真正金属制造,因金属在原子尺度性质不同。

研究团队使用具有超导性等独特性质的二硫化铌,将其加工成直径极细的细管,缠绕在碳纳米管和氮化硼纳米管模板上。让材料呈卷曲形状是突破,通常这类材料倾向铺展成扁平片状,而添加少量食盐在生长过程中起到关键作用,没有盐二硫化铌扁平生长,有盐则能包裹成所需外壳。

这种纳米管还倾向于形成双层管结构,数量最多的小直径纳米管多为双层,而非单层,制造双层结构更有优势。双层电子壳层生长是因电子在两层间移动,罗特金提出新模型并通过计算机模拟验证。其卷曲形状解决了处理平面二维材料的难题,比从二维薄片切割的纳米线更稳定。

罗特金称,若能将二维二硫化铌的超导性应用于一维纳米管,将为量子计算和制造超导线带来新机遇,提升电子设备运行速度和效率。目前研究处于基础阶段,但提供了重要概念验证,未来可思考如何将其集成到各种技术中。

更多信息: Wanyu Dai 等人,《金属 NbS₂一维范德华异质结构》,ACS Nano (2025)。

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