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探索双壁纳米管其自身所具有的电光优势

独爱72H 来源:科技报告与资讯 作者:科技报告与资讯 2020-03-29 13:42 次阅读

(文章来源:科技报告与资讯)
单壁纳米管对电子应用的有益影响是有共识的,但现在有新证据表明,也许双壁才是顶尖的。研究人员都知道,使用单壁碳纳米管来提高电性能时,尺寸是至关重要的。但是直到现在,还没有人研究过电子在面对多层管结构时的行为。

莱斯大学材料实验室的鲍里斯·雅各布森(Boris Yakobson)已经计算出了半导体双壁碳纳米管曲率对其挠曲电压的影响,挠曲电压是衡量纳米管内外壁之间电不平衡性的一个参数。这一参数影响了嵌套纳米管在纳米电子方面的应用,特别是光伏应用。

雅各布森(Yakobson)的理论研究成果发表在美国化学学会的《Nano Letters》”。在2002年的一项研究中,Yakobson和他的同事揭示了电荷转移、正负极之间的电压是如何与纳米管壁的曲率呈线性比例关系的。管的宽度决定了曲率,实验室发现纳米管越薄(曲率越大),电位电压就越大。雅各布森说,当碳原子形成平面石墨烯时,平面两侧的原子的电荷密度相同。将石墨烯片弯曲成管会破坏这种对称性,改变了平衡。这会在弯曲方向上并与弯曲成比例地产生局部挠性电偶极子。

但是,单壁不仅改变了平衡也改变了电子的分布。在双壁纳米管中,内管和外管的曲率不同,因此给每个管带来不同的带隙。此外,模型显示,外壁的柔性电压使内壁的带隙发生偏移,从而在嵌套系统中产生交错的带对准。

雅各布森说:“新颖之处在于,由于外部纳米管产生的电压,内管壁的所有量子能级发生了位移。他说,不同曲率的相互作用会导致跨界到交错带隙跃迁,跃迁发生在约2.4纳米临界直径处。这对于太阳能电池来说是一个巨大的优势,从本质上讲,这是分离正负电荷以产生电流的先决条件。当光被吸收时,电子总是从占据的价带顶部迁移到空导带的最低状态,并在其后面留一个+孔。但在交错配置下,它们恰好位于不同的管或层中。” “'+'和'-'在管子之间分开,并且可以通过在电路中产生电流而流动。”

研究小组的计算还表明,用正或负原子修饰纳米管的表面可以产生高达三个伏特的电压。研究人员写道:“尽管功能化会强烈干扰纳米管的电子特性,但对于某些应用来说,它可能是一种非常有效的感应电压的方法。”研究小组建议,其发现可能会单独或与碳纳米管混合使用,从而适用于其他类型的纳米管,包括氮化硼和二硫化钼。
(责任编辑:fqj)

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