莱斯大学有什么新的重大发现吗？

　　莱斯大学破译碳纳米管不寻常的生长特性 　　据莱斯大学的科学家报道，生产一批完全相同的碳纳米管可能并不像研究人员所希望的那么简单。Rice材料理论家Boris Yakobson和他的团队提出了一个理论，认为纳米管在炉子中生长时，具有特定原子排列和对称性的催化剂可以使碳纳米管具有相类似手性的碳原子晶格角。相反，他们发现这种催化剂以不同的手性角度启动纳米管的生长，但几乎所有的催化剂都转向了一种叫做(12,6)的快速增长的变体。其原因似乎是由扶手椅和锯齿形部分组成的Janus型界面，最终改变了纳米管的生长方式。 　　因为手性决定了纳米管的电学性能，所以生长具有特异手性批次的碳纳米管是纳米技术的一个里程碑式的挑战。与铜或铝不同，这种特异的碳纳米管可以使电线无损失地传输能量。然而，纳米管通常以随机手性的角度生长。 　　Yakobson说，详细刊登在美国化学学会杂志Nano Letters上的Rice理论研究，可能是朝着生产均匀批次纳米管的催化剂迈出的一步。 　　Yakobson及其同事Evgeni Penev和Ksenia Bets以及研究生Nitant Gupta在2013年的研讨会上解决了其他实验人员提出的一个难题，他们使用钴和钨的合金来催化单壁纳米管。在实验室的批次中，超过90%的纳米管具有(12,6)的手性。 　　数字(12,6)是指纳米管的手性矢量参数。碳纳米管是一层卷起来的二维石墨烯片材。石墨烯具有很高的导电性，但当它被轧制成管道时，它的导电性取决于其六角形晶格的角度或手性。 　　由于其边缘的扶手椅状形状而得名的扶手椅形纳米管具有相同的手性指数，如(9,9)，并且具有使用所需要的完美的导电性。它们不像锯齿形纳米管一样可以是半导体，例如(16,0)。 将石墨烯片转动仅仅30°就可以使纳米管形式从扶手椅形变为锯齿形，反之亦然。 　　Penev说，实验家从一开始就以一种令人费解的方式解释了他们的工作。他们说这种催化剂具有与(12,6)边缘相匹配的特定对称性，因此这些纳米管可以优先成核并生长。这就是所谓的碳纳米管选择性生长的对称匹配概念的出现。 　　这幅图展示了一个不断生长的碳纳米管和钴钨催化剂之间的界面。催化剂的原子排列迫使纳米管迅速从锯齿状（蓝色）转变成扶手椅（红色），最终形成了一种既不是锯齿形也不是扶手椅形，而是一种几乎介于两者之间的纳米管。这种转变是碳纳米管生长中首次被发现的特征。图片来源：Evgeni Penev /莱斯大学 　　Yakobson说：“虽然我们阅读并理解了这一点，但我们仍然无法只是围绕它来进行思考。” 　　在2013年会议后不久，Yakobson实验室发表了自己的纳米管生长理论，该理论表明，催化剂-纳米管接触的能量和原子在界面处附着在生长管上的速度，这两个对立的作用力之间的平衡，是因为手性的原因。 　　五年之后，尽管有些曲折，这一点在他们的新论文中也得到了证实。Rice计算表明，合金Co7W6促进了类Janus界面的形成，这种界面确保了边缘的必要扭结，并允许碳原子附着在纳米管的基体上。但这种催化剂也会迫使纳米管产生结合缺陷，从而改变其最初的手性。 　　Yakobson说：“我们发现了两件事，第一件事是纳米管底部的碳原子分成扶手椅形和锯齿形部分。第二件事是形成缺陷的倾向，这些缺陷驱动着纳米管手性或螺旋性的变化。这使得(12,6)成为一种瞬时吸引子，至少在短期实验中是这样。如果它们能够永远生长下去，(12,6)纳米管最终会变成扶手椅形。” 　　如果不是因为一个很难被检查出的古老的印刷错误，这种不寻常的增长模式可能早就被发现了。 　　与Penev合著这篇论文的作者Bets说道：“麻烦的是，在一个标准的在线数据库中，给出了钴钨合金的晶体结构。”“其中一个条目是错误的，这就使得整体的结构如此混乱，以至于我们无法在密度泛函理论计算中使用它。” 　　据立思辰留学360了解，发现了这个错误后，Bets和其共同作者Gupta追溯到1938年的一篇德国论文，那篇论文第一次准确地描述了Co7W6的结构。即使掌握了这一点，该团队在进行计算时也是利用了他们可以找到的任何计算能力来模拟催化剂中每个原子与碳原料之间的能量连接。 　　Bets说：“我们发现，如果我们用级数计算而不是并行计算，那么它们的计算时间就相当于至少2000年的计算机的计算时间。” 　　Penev说：“这篇论文在许多方面都非常出色：论文发表的时间，详细程度和另我们惊喜的一些发现。我们还从来没有过这样的项目。我们正在努力研究清楚这将如何适用于其他材料。Bets说：“最近有四到五篇实验论文也显示了纳米管生长过程中手性的变化。事实上，因为这种手性变化是一个概率过程，并且本质上来说是不可避免的。但是到目前为止，在对纳米管生长的理论研究中还从未考虑过这一点。”