新闻网讯（通讯员欧阳稳根、杨柳）近日，上海交通大学史志文教授与梁齐教授团队联合武汉大学土木建筑工程学院（水资源工程与调度全国重点实验室）欧阳稳根教授团队、浙江大学金传洪教授团队和中科院物理所张广宇教授团队在Science（《科学》）提前在线发表了关于密排同手性碳纳米管阵列制备的最新研究成果，论文题目为“Homochiral carbon nanotube van der Waals crystals”。上海交通大学物理与天文学院博士生张智淳、陈一、沈沛约、陈佳俊博士、武汉大学土木建筑工程学院博士生王森、浙江大学汪博博士为论文共同第一作者。
碳纳米管因其超高的载流子迁移率、优异的热导率和纳米级尺寸，被认为是未来电子器件的理想材料之一。在集成电路应用中，制备高管密度、排列整齐且纯半导体性的碳纳米管阵列至关重要。
研究团队开发了一种全新的滑移自组装生长技术，在原子级平整的六方氮化硼基底上直接生长出密排的碳纳米管阵列，成功构建了碳纳米管范德华晶体这一完美结构。该阵列通过多次重复折叠单根长碳纳米管形成，从而确保了阵列中碳纳米管的手性一致性。基于该碳纳米管阵列制备的场效应晶体管在常温下展现出优异的电学性能：载流子迁移率接近2000cm2V-1s-1，电流承载能力大于6.5mA/mm，开关比可达107。分子动力学模拟与能量分析揭示了碳纳米管阵列生长的双驱动力机制：碳纳米管间范德华引力驱动自组装，而碳纳米管与六方氮化硼基底的超低摩擦（结构超滑）确保滑动定向有序。基于此进一步构建了“弯曲能-界面粘附能”竞争的理论模型，阐明闭环阵列形成的能量判据。
上述研究成果展现出单一手性、密排碳纳米管阵列在高性能碳基纳米电子芯片应用中的巨大潜力。此外，该研究为复杂纳米结构的可控制备提供了一种新方法，尤其在新型范德华材料的开发方面具有重要意义。
本工作得到科技部和国家自然科学基金委的资助，所涉及的计算模拟主要在武汉大学超算中心、国家天河II号超算中心和国家超级计算西安中心完成。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu1756
碳纳米管范德华晶体结构示意图
碳纳米管阵列的生长、性能表征以及机理分析
武汉大学团队成员（左：欧阳稳根 右：王森）
（供图：土木建筑工程学院 编辑：张丽平）
