將奈米碳管融合成直徑2倍的碳管並提升效率

奈米碳管（carbon nanotube）的電子、光學、化學、熱學與機械特性皆強烈依賴其幾何結構，而這種幾何結構取決於奈米管的直徑與碳原子的排列方式。因此，長期以來研究人員致力於實現完全控制奈米碳管的結構合成與精細分離。然而，較大管徑的奈米碳管可能存在不同的排列方式，使得選擇性地合成與分離結構變得極為困難。奈米碳管與富勒烯（Fullerene）等奈米級碳材料最具挑戰性之一的課題是，如何在原子級精度下，透過固態化學反應使大量碳原子間的鍵結逐步裂解並重新結合，特別是將大型奈米碳分子融合並轉換為更大的奈米碳分子。

京都大學能源理工學研究所、產業技術總合研究所奈米材料研究部門以及物質材料研究機構材料基礎研究中心所組成的研究團隊，發現對經過結構統一處理的細奈米碳管集合體進行熱處理，就能在保持原有碳原子排列方向的同時使奈米碳管的直徑翻倍。這項研究成果為先前難以實現的粗管徑奈米碳管結構的選擇性合成方法提供了新的可能性。

研究團隊首先分離奈米碳管集合體的結構，使其擁有統一的結構，然後在約5×10⁻⁴ Pa的減壓環境下，進行以900至1000℃的熱處理，高效地融合細奈米碳管並使直徑翻倍。透過儀器與電子顯微鏡的觀察後，確認這些粗奈米管在融合後仍保持和原本相同的旋度角（chiral angle），且透過光吸收光譜的測量可以證實奈米管的融合反應可在整個奈米管薄膜內高效地產生。研究團隊還發現旋度角接近30º的奈米碳管能夠用此手法有效地融合，而旋度角更小的奈米碳管則幾乎無法適用此方法，顯示其具有強烈的結構依賴性。

資料來源：產總研（2025年2月5日）

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