碳納米管因為具有化學和物理穩定性好、集成度高、承載電流密度大等優點，被研究者普遍認為是下一代集成電路産業最有前途的材料之一。然而目前面臨的最大挑戰是：如何可控制備出特定手性指數的碳納米管。近年來，研究者采用調整催化劑顆粒組分的方法，在手性控制合成方面取得了一些可喜的進展，但是尚不能滿足集成電路産業的需求。其中一個重要原因就是對碳納米管生長機理的理解還不夠深入。
2013年，物理系低維量子物理國家重點實驗室的博士生王江濤同學在實驗中注意到新生長出來的碳納米管可能帶有電荷。但是由于碳納米管具有極小的電容，其所帶的電荷不容易被直接測量出來。之後，為了獲得可靠的實驗結果，王江濤和同事們發展了一種可以快速、非接觸式表征表面電荷分布的e-VCA技術（電荷敏感蒸氣凝結輔助成像技術），并進一步自行設計、搭建了一套用于原位測量碳納米管生長過程中電信号的裝置。利用這兩種技術，他們最終确認了碳納米管的催化生長是一個電化學過程；并利用電子共振隧穿原理建立了碳納米管生長過程中電荷産生和轉移的模型，理論計算得到的結果與實驗結果相吻合，還預測了不同手性指數的碳管會有不同的帶電量，為接下來的深入實驗提供了理論指導。利用碳納米管生長帶電的這一特性，他們發現可通過外加電場控制碳納米管的生長方向和手性變化。
近20年來，在碳納米管生長研究領域已經形成了一個以碳原子轉移為主要過程的物理圖像，而中心成員姜開利研究組的這一發現是首次對碳納米管生長過程中的電荷轉移進行了系統地觀察和研究。他們的成果不僅提供了一個理解碳納米管生長的新視角，也開辟了用電化學方法控制碳納米管生長的新的可能性。
研究成果以“Observation of Charge Generation and Transfer during CVD Growth of Carbon Nanotubes”為題發表在Nano Letters上。該研究工作得到了科技部納米研究國家重大科學研究計劃和自然科學基金委的資助。
原文鍊接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b00841
