近日,清华大学化工系魏飞教授团队与清华大学航天航空学院李喜德教授团队合作,在超强碳纳米管纤维领域取得重大突破,世界上首次报道接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束,其拉伸强度超越了目前发现的所有其它纤维材料。
魏飞介绍称,用这种制备超强碳纳米管束的新方法,与该团队的超长碳纳米管的宏量制备方法结合,可研制出超长且超强碳纳米管纤维,为下一代结构材料的产业化奠定基础。超强纤维有望在大飞机、大型运载火箭、超级建筑等多个领域大显身手。这项研究得到国家自然科学基金委和国家重大研究发展计划的资助,相关成果发表于日前出版的《自然·纳米技术》在线版。
除此之外,超强纳米管纤维的突破对半导体产业也有不小影响。
长期以来,整个半导体产业遵循摩尔定律,不断缩小晶体管尺寸以提升其性能。而业界认为,摩尔定律将在2020年左右达到终点,即硅材料晶体管的尺寸将无法再缩小,芯片的性能提升已经接近其物理极限。
一直以来,由于其来源广泛,从石英岩和砂(主要成分二氧化硅)中就能够以较低的成本提取出纯硅,且在特定条件下施加压力,硅会变为导体,这正好满足芯片的工作需求,这让硅材料在半导体行业中拥有屹立不倒的地位。不过,由于信息技术的发展,电子产品的性能随着需求的增加日益提高,而硅基芯片技术发展至今,也已经快要抵达材料本身所能承受的极限。
在芯片领域,专家一直在寻找能够成为硅的完美替代者。而碳纳米管被认为是目前发现最强材料之一,碳纳米管芯片身量虽小,节能增效能力却更强;韧性极高,可以承受弯曲、拉伸等应力,电信号传输过程的延迟很短;碳管晶体管还能有效避免漏电导致的发热问题。因此,碳纳米管芯片被寄予厚望。
日前,北京大学电子系教授彭练矛带领团队成功使用新材料碳纳米管制造出芯片的核心元器件——晶体管,其工作速度3倍于英特尔最先进的14纳米商用硅材料晶体管,能耗只有其四分之一。该成果于2017年初刊登于《科学》杂志。
可见,中国在碳纳米管方面的研究已经走在世界前列,相信此次突破,为“中国芯”换道超车及下一代结构材料的产业化奠定坚实基础。