如今，光學(xué)，電子，水凈化和藥物輸送等眾多行業(yè)都在以前所未有的規(guī)模通過稱為碳納米管(CNT)的納米級蜂窩狀石墨片卷進(jìn)行創(chuàng)新。諸如重量輕，結(jié)構(gòu)方便，巨大的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)異的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性以及穩(wěn)定性等特征使CNT領(lǐng)先于其他材料替代品。但是，為了滿足其不斷增長的工業(yè)需求，必須不斷擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模，這是使用CNT的主要挑戰(zhàn)。

盡管科學(xué)家們能夠生長大約50厘米長的單個(gè)碳納米管，但是當(dāng)他們嘗試陣列或森林時(shí)，它們卻撞到2厘米左右的天花板。這是因?yàn)閷τ谏种蠧NT的生長至關(guān)重要的催化劑在森林中的CNT不再能夠生長之前就失活和/或耗盡，這增加了CNT生產(chǎn)的貨幣和原材料成本，并威脅到其工業(yè)用途的上限。

現(xiàn)在，來自日本的一組科學(xué)家制定了一項(xiàng)突破性的策略。在他們發(fā)表在Carbon上的研究中，該團(tuán)隊(duì)提出了一種對常規(guī)技術(shù)的新穎方法，該技術(shù)可以產(chǎn)生創(chuàng)紀(jì)錄長度的CNT森林：?14 cm，比先前的最大值大七倍。早稻田大學(xué)副教授Hisashi Sugime領(lǐng)導(dǎo)該小組，他解釋說：“在常規(guī)技術(shù)中，由于催化劑的逐漸結(jié)構(gòu)變化，CNT停止生長，因此我們專注于開發(fā)抑制這種結(jié)構(gòu)變化的新技術(shù)，使CNT可以生長更長的時(shí)間。”

該團(tuán)隊(duì)根據(jù)之前的研究發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造了催化劑。他們將coated(Gd)層添加到涂覆在硅(Si)襯底上的常規(guī)鐵鋁氧化物(Fe / Al 2 O x)催化劑中。該Gd層在一定程度上防止了催化劑的劣化，使森林長到大約5厘米長。

盡管碳納米管森林很難通過傳統(tǒng)方法長成，但技術(shù)上的一些微調(diào)可以使情況發(fā)生巨大變化。圖片來源：早稻田大學(xué)久志壽男

為了進(jìn)一步防止催化劑變質(zhì)，研究小組將催化劑放在其原始腔室中，該腔室稱為冷氣化學(xué)氣相沉積(CVD)室。在那里，他們將其加熱到750°C，并向其提供少量(百萬分之一)的室溫鐵和鋁蒸氣。

這使催化劑保持了26小時(shí)的強(qiáng)度，在這段時(shí)間內(nèi)，茂密的CNT林可以長到14厘米。各種表征生長的CNT的分析表明，它們具有很高的純度和競爭力。

這項(xiàng)成就不僅克服了碳納米管在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的障礙，而且為納米科學(xué)研究打開了大門。Sugime說：“這種簡單但新穎的方法通過提供ppm級的蒸氣源來大大延長催化劑的壽命，對于石油化學(xué)和納米材料晶體生長等其他領(lǐng)域的催化劑工程具有深刻的見解。” “這里的知識對于使納米材料成為普遍存在的現(xiàn)實(shí)至關(guān)重要。”