麻省理工学院朱棣文教授 麻省理工学院的一项新研究发现，含钠化合物，如常见的家庭配料如洗涤剂、小苏打和食盐中发现的那些，是烹饪碳纳米管令人惊讶的有效成分
学分:麻省理工学院的克里斯汀·丹尼洛夫 麻省理工学院的研究人员发现，小苏打、食盐和洗涤剂是烹饪碳纳米管的令人惊讶的有效成分
在本周发表在《Angewandte Chemie》杂志上的一项研究中，该小组报告说，在普通家庭配料中发现的含钠化合物能够在比传统催化剂要求的低得多的温度下催化碳纳米管的生长
研究人员说，钠可能使碳纳米管在许多低温材料上生长成为可能，例如聚合物，它们通常在传统碳纳米管生长所需的高温下熔化
该研究的主要作者、麻省理工学院航空航天系的研究生李泽楷(Richard Li)表示:“在航空航天复合材料中，有许多聚合物将碳纤维结合在一起，现在我们可能能够直接在聚合物材料上生长碳纳米管，从而制造出更坚固、更坚韧、更坚硬的复合材料。”
“使用钠作为催化剂真的打开了可以生长纳米管的表面种类
" 李在麻省理工学院的合著者是博士后埃里卡·安图内斯(Erica Antunes)、埃斯特尔·卡尔丰-科恩(Estelle Kalfon-Cohen)、路易斯·阿宽(Luiz Acauan)和崔克杭(Kehang Cui)；校友工藤明博士
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16，Andrew Liotta '16，Ananth Govind Rajan SM '16，Ph
D
'19;化学工程教授迈克尔·斯特拉诺，航空航天教授布赖恩·沃德尔，以及国家标准与技术研究所和哈佛大学的合作者
剥洋葱 在显微镜下，碳纳米管就像中空的鸡丝圆柱体
每根管子都是由六边形排列的碳原子卷成的
碳原子之间的结合非常强，当被图案化为晶格(如石墨烯)或管状(如碳纳米管)时，这种结构可以具有异常的硬度和强度，以及独特的电学和化学性质
因此，研究人员探索了用碳纳米管涂覆各种表面，以产生更强、更硬、更坚韧的材料
研究人员通常通过化学气相沉积法在各种材料上生长碳纳米管
一种感兴趣的材料，如碳纤维，被涂上催化剂——通常是一种铁基化合物——并被放入炉子中，二氧化碳和其他含碳气体通过炉子流动
在高达800摄氏度的温度下，铁开始从气体中吸收碳原子，这些碳原子聚集在铁原子上并相互结合，最终在单根碳纤维周围形成垂直的碳原子管
研究人员然后使用各种技术来溶解催化剂，留下纯碳纳米管
李(音)和他的同事们正在试验在不同的表面上生长碳纳米管的方法，他们用不同的含铁化合物溶液对碳纳米管进行涂覆，这时研究小组注意到生成的碳纳米管看起来与他们预期的不同
沃德尔说:“这些试管看起来有点滑稽，里奇和他的团队小心翼翼地把洋葱剥了回去，结果发现少量的钠实际上导致了所有的生长，我们怀疑钠是不活跃的。”
调节钠旋钮 在很大程度上，铁是生长碳纳米管的传统催化剂
沃德尔说，这是研究人员第一次看到钠有类似的效果
“钠和其他碱金属还没有被用于碳纳米管催化，”沃德尔说
“这项工作把我们带到了元素周期表的另一个部分
" 为了确保他们的初步观察不只是侥幸，研究小组测试了一系列含钠化合物
他们最初试验的是商业级钠，以小苏打、食盐和洗涤剂颗粒的形式，这些都是他们从校园便利商店获得的
然而，最终，他们升级为这些化合物的纯化版本，并溶解在水中
然后，他们将碳纤维浸入每种化合物的溶液中，用钠覆盖整个表面
最后，他们将材料放入熔炉中，进行化学气相沉积过程中的典型步骤来生长碳纳米管
总的来说，他们发现，虽然铁催化剂在800摄氏度左右形成碳纳米管，但钠催化剂能够在480摄氏度左右的更低温度下形成短而致密的碳纳米管森林
更重要的是，表面在熔炉中待了15到30分钟后，钠就蒸发掉了，留下了中空的碳纳米管
沃德尔说:“碳纳米管研究的很大一部分不是种植它们，而是清洗它们——从产品中获得用于种植它们的不同金属。”
“钠的好处是，我们可以加热它，去掉它，得到纯碳纳米管产品，这是传统催化剂做不到的
" 李说，未来的工作可能集中在提高使用钠催化剂生长的碳纳米管的质量
研究人员观察到，虽然钠能够生成碳纳米管森林，但管壁并没有完美地排列成完美的六边形图案——类似晶体的结构赋予了碳纳米管特有的强度
李计划在化学气相沉积过程中“调整各种旋钮”，改变时间、温度和环境条件，以提高钠生长碳纳米管的质量
“你仍然可以利用这么多的变量，钠仍然可以与传统催化剂很好地竞争，”李说
“我们预计用钠，将来有可能得到高质量的试管
我们有很高的信心，即使你使用普通的碳酸氢钠，它也能起作用
" 对东京大学机械工程教授丸山茂雄来说，用钠这样一种常见的成分来制作碳纳米管的能力应该会揭示出这种异常坚固的材料生长方式的新见解
"令人惊讶的是，我们可以从食盐中生长碳纳米管！"丸山说，他没有参与这项研究
“尽管碳纳米管的化学气相沉积(CVD)生长已经研究了20多年，但是还没有人尝试使用碱金属作为催化剂
这将是对碳纳米管生长机制全新理解的一个很好的提示
"
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