2003年全球化学科学重大进展（五）
纳米与分子电子学部分（上）
　　纳米光源
    IBM的Phaedon Avouris等人首次向人们展示了基于单壁碳纳米
管的纳米光源。研究人员设计了1个双极场效应晶体管（FET），其中
单壁碳纳米管作为半导体通道。根据施加到门极的偏置电压不同，该
FET可以传输正电荷或负电荷载流子。研究人员通过调整工作条件使
电子和空穴同时从源极和漏极注入纳米管，当电子和空穴复合时，释
放出波长约为1.5μm的偏振红外光，这与光通信技术使用的光的波
长很匹配。
    这项研究在以下几个方面区别于早期研究①IBM研究组将单壁纳
米管固定在固体支持物上，使用电诱发光辐射；而此前，大多通过激
光诱发溶解的碳纳米管来产生荧光辐射。②IBM的单壁纳米管器件不
需特殊的掺杂和制造过程；而之前的纳米线器件或是带有不同电荷的
纳米线通过p-n结来构建，或是通过制备具有内部p-n结的多组分纳
米线来构建。[Science,2003,300:783]
    另外，IBM的研究人员使用红外激光照射该双极性FET发现，其
还具有光电效应。[Nano Lett.,2003,3:1067]
    这两项研究对于开发微型光学器件、光电子器件以及其他光学精
密控制仪器等具有重要的意义。
　　定制碳纳米管
    美国加州大学河岸分校的研究人员设计出1种可以改变纳米管电
性能的技术。研究人员使用PhHgCCl2Br产生的二氯卡宾对高压CO条
件下制备的单壁碳纳米管进行处理，处理后的单壁碳纳米管表现出半
导体的性质。产生这种效应的原因是单壁碳纳米管管壁碳原子与二氯
卡宾反应形成共价键，碳原子的杂化状态由原来的sp2杂化转变为sp3
杂化，电子带隙变宽，单壁碳纳米管则由导体转变为半导体。
　　这一关于纳米管性能进行控制的研究将有助于人们开发纳米管的
新用途。[Science,2003,301:1501]。
    碳纳米管分离
    ①伊利诺依大学的研究人员开发出1种可以区分金属性和半导体
性单壁碳纳米管的选择性共价化学反应。该反应为碳纳米管与重氮盐
的还原反应，首先碳纳米管给出一个电子到重氮盐反应物，由于金属
性纳米管的给电子能力强于半导体纳米管，金属性纳米管首先给出电
子，因此半导体纳米管参与反应前,金属性纳米管已经完全反应。
    在惰性气氛中300℃条件下进行热裂解处理，可以将碳纳米管表
面形成的共价键除去，使其恢复到初始状态。因此，可以利用这种反
应分离金属性纳米管。[Science, 301, 1519 (2003)]
    ②杜邦研发中心的研究人员发现，某些序列的单链DNA（ssDNA）
可以螺旋包覆单壁碳纳米管（CNT）。DNA-CNT混合物的静电性能依赖
于纳米管的直径和电学性能，因此可以使用阴离子交换色谱对碳纳米
管进行分离。研究发现，色谱的初期分离物主要含有直径较小的纳米
管及金属性纳米管，而后期分离物主要含有直径较大的纳米管和半导
体纳米管。[Science,2003,302:1545]
　　纳米晶体的放大自发辐射
    美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员首次发现PbSe纳米晶
体（NC）的放大自发辐射（ASE），辐射能量可以在近红外区进行调节。
该结果表明，先前用铅盐NCs实现激光状态的尝试不成功原因可能是
由于材料的质量存在问题而不是材料的内在物理因素。
    研究人员使用新型溶胶-凝胶（sol-gel）方法制备的PbSe
NC/sol-gel纳米复合材料，不仅具有高质量的表面钝化，而且具有
高的NC填充率(>15%)。这种材料产生的ASE可以通过NC的尺寸在近
红外区进行调节。NC的直径为4.8nm时，光谱的波长可在1450～1550nm
范围进行调节（通信使用1.5μm波长的光）。而且与Er掺杂的光纤
相比，NC可提供更大的带宽和更高的增益量。
　　该研究可能对光通信、遥感以及使用该波段光的相关应用有重要
价值。[J. Phys. Chem. B, published online Nov. 21,2003]（洪 译）
（未完待续）