碳納米管自上世紀(jì)90年代初發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)引起了研究者極大興趣,。碳納米管具有金屬性或者半導(dǎo)體性取決于它的手性指數(shù)，但是手性指數(shù)即電子能帶結(jié)構(gòu)不可控一直是一個(gè)難題,。由于半導(dǎo)體性與金屬性納米管混存且難以分離,，造成了碳納米管納電子學(xué)應(yīng)用的瓶頸,。三元B-C-N納米管可被看作是碳納米管晶格中的部分C原子被B、N原子取代摻雜后的產(chǎn)物,。石墨相B-C-N三元化合物是介于石墨（半金屬）與六方氮化硼（h-BN,，絕緣體）之間的半導(dǎo)體，能隙隨成分變化可連續(xù)可調(diào),；相應(yīng)地,，三元B-C-N納米管也呈現(xiàn)出半導(dǎo)體性，其電子能帶結(jié)構(gòu)主要取決于納米管的成分,，而與手性指數(shù)無(wú)關(guān),。由于電學(xué)性質(zhì)具有較好的可控性與較大的可調(diào)性，B-C-N納米管有望在納電子學(xué)與光電子學(xué)等領(lǐng)域比碳納米管率先獲得應(yīng)用,。然而,，與碳納米管相比，三元B-C-N納米管實(shí)驗(yàn)合成的難度要大得多，尤其是單壁納米管的合成,，是一個(gè)具有很大挑戰(zhàn)性的課題,。
中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）表面物理實(shí)驗(yàn)室白雪冬研究組，多年來(lái)一直致力于輕元素B,、C,、N體系納米材料方面的研究。2006年,，該研究組的王文龍副研究員等人利用等離子體輔助的熱絲化學(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)技術(shù),，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了三元B-C-N單壁納米管的直接合成，該工作是輕元素納米管領(lǐng)域的研究突破,，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.（2006, 128, 6530）上,，引起了國(guó)際同行的較大關(guān)注（年平均引用在10次以上）。高質(zhì)量單壁納米管樣品的成功合成,，使得三元B-C-N納米管的電學(xué)器件構(gòu)筑成為了可能,。2008年，該組成功制備出基于單壁B-C-N管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）器件,，研究表明B-C-N單壁管中半導(dǎo)體性納米管的比例超過(guò)97%,，遠(yuǎn)超過(guò)單壁碳納米管中66%的自然比例，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv. Mater. (2008, 20, 3615) 上,。他們?cè)谌狟-C-N單壁納米管研究方面的系列工作表明,，通過(guò)B、N共摻雜形成三元B-C-N納米管,，是解決純碳納米管體系中電學(xué)性質(zhì)不可控問(wèn)題的一個(gè)有效途徑,，有望為納米管FET器件的規(guī)模化制備與集成開(kāi)辟一條新路,。NPG Asia Materials 對(duì)他們的工作以研究亮點(diǎn)形式進(jìn)行了報(bào)道,。
最近，白雪冬研究組的王文龍副研究員和博士生楊曉霞等人在單壁B-C-N納米管研究方面又取得了新進(jìn)展,。三元B-C-N納米管的合成有兩個(gè)基本途徑：直接生長(zhǎng)法與碳納米管取代反應(yīng)法,。直接生長(zhǎng)法是指把B、C,、N三種元素的前驅(qū)物同時(shí)引入生長(zhǎng)環(huán)境,，在納米管生長(zhǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其B、N摻雜,，CVD方法便是直接生長(zhǎng)法的一種,。而所謂取代反應(yīng)法則是以預(yù)先合成好的碳納米管作為母體，在高溫下使之與合適的含B和N的化合物之間發(fā)生化學(xué)取代反應(yīng),，當(dāng)碳納米管晶格中的部分C原子被B,、N原子所取代摻雜后,，便得到三元B-C-N納米管,。納米管取代反應(yīng)法在原理上是一種能大量制備三元B-C-N納米管的方法,，曾經(jīng)在B-C-N多壁納米管的合成方面取得較好的結(jié)果,，但是對(duì)單壁納米管卻一直難以奏效,。
針對(duì)這一難題,，王文龍等人發(fā)展了一種新穎的液相濕化學(xué)輔助的納米管取代反應(yīng)法,，實(shí)現(xiàn)了B-C-N單壁納米管的高效大批量合成,。所合成的B-C-N單壁管具有與起始單壁碳納米管相媲美的高純度,，以及完好的管壁結(jié)構(gòu),，可以獲得較高的B,、N摻雜濃度，并且成分均勻,�,；诒∧ET器件的電學(xué)性質(zhì)測(cè)量結(jié)果表明，通過(guò)取代反應(yīng)法所制備的B-C-N單壁納米管表現(xiàn)出純半導(dǎo)體性,。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期的J. Am. Chem. Soc.（2011,，133, 13216）上。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委,、科技部與中科院的支持,。
中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）表面物理實(shí)驗(yàn)室白雪冬研究組，多年來(lái)一直致力于輕元素B,、C,、N體系納米材料方面的研究。2006年,，該研究組的王文龍副研究員等人利用等離子體輔助的熱絲化學(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)技術(shù),，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了三元B-C-N單壁納米管的直接合成，該工作是輕元素納米管領(lǐng)域的研究突破,，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.（2006, 128, 6530）上,，引起了國(guó)際同行的較大關(guān)注（年平均引用在10次以上）。高質(zhì)量單壁納米管樣品的成功合成,，使得三元B-C-N納米管的電學(xué)器件構(gòu)筑成為了可能,。2008年，該組成功制備出基于單壁B-C-N管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）器件,，研究表明B-C-N單壁管中半導(dǎo)體性納米管的比例超過(guò)97%,，遠(yuǎn)超過(guò)單壁碳納米管中66%的自然比例，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv. Mater. (2008, 20, 3615) 上,。他們?cè)谌狟-C-N單壁納米管研究方面的系列工作表明,，通過(guò)B、N共摻雜形成三元B-C-N納米管,，是解決純碳納米管體系中電學(xué)性質(zhì)不可控問(wèn)題的一個(gè)有效途徑,，有望為納米管FET器件的規(guī)模化制備與集成開(kāi)辟一條新路,。NPG Asia Materials 對(duì)他們的工作以研究亮點(diǎn)形式進(jìn)行了報(bào)道,。
最近，白雪冬研究組的王文龍副研究員和博士生楊曉霞等人在單壁B-C-N納米管研究方面又取得了新進(jìn)展,。三元B-C-N納米管的合成有兩個(gè)基本途徑：直接生長(zhǎng)法與碳納米管取代反應(yīng)法,。直接生長(zhǎng)法是指把B、C,、N三種元素的前驅(qū)物同時(shí)引入生長(zhǎng)環(huán)境,，在納米管生長(zhǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其B、N摻雜,，CVD方法便是直接生長(zhǎng)法的一種,。而所謂取代反應(yīng)法則是以預(yù)先合成好的碳納米管作為母體，在高溫下使之與合適的含B和N的化合物之間發(fā)生化學(xué)取代反應(yīng),，當(dāng)碳納米管晶格中的部分C原子被B,、N原子所取代摻雜后,，便得到三元B-C-N納米管,。納米管取代反應(yīng)法在原理上是一種能大量制備三元B-C-N納米管的方法,，曾經(jīng)在B-C-N多壁納米管的合成方面取得較好的結(jié)果,，但是對(duì)單壁納米管卻一直難以奏效,。
針對(duì)這一難題,，王文龍等人發(fā)展了一種新穎的液相濕化學(xué)輔助的納米管取代反應(yīng)法,，實(shí)現(xiàn)了B-C-N單壁納米管的高效大批量合成,。所合成的B-C-N單壁管具有與起始單壁碳納米管相媲美的高純度,，以及完好的管壁結(jié)構(gòu),，可以獲得較高的B,、N摻雜濃度，并且成分均勻,�,；诒∧ET器件的電學(xué)性質(zhì)測(cè)量結(jié)果表明，通過(guò)取代反應(yīng)法所制備的B-C-N單壁納米管表現(xiàn)出純半導(dǎo)體性,。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期的J. Am. Chem. Soc.（2011,，133, 13216）上。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委,、科技部與中科院的支持,。
