崛起在微觀世界——訪清華大學碳納米管專家韋進全老師

本刊記者 井芳芳

崛起在微觀世界
——訪清華大學碳納米管專家韋進全老師

本刊記者 井芳芳

1991年在日本NEC公司基礎(chǔ)研究實驗室里，電子顯微鏡專家飯島(Iijima)在高分辨透射電子顯微鏡下檢測石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時，意外發(fā)現(xiàn)了同軸管狀的碳分子,這就是“Carbonnanotube”，即碳納米管,又名巴基管。從被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，碳納米管不過經(jīng)歷了十八個年頭，還是一種具有旺盛生命力的新材料，因此引得無數(shù)的青年學子加入到碳納米管的研究隊伍中，清華大學的韋進全老師就是其中的一位。

韋進全老師是廣西象州人，1999年1月他師從清華大學吳德海教授，開始單壁，雙壁碳納米管的合成，表征，性能和應用等研究。在吳德海教授的指導下，走進了誘人的納米世界。迄今已發(fā)表學術(shù)論文50余篇，授權(quán)了8項國家發(fā)明專利。

碳納米管是由一層或者多層石墨層片按照一定螺旋角卷曲而成的、直徑為納米量級的無縫中空管。僅由一層石墨層片卷曲而成的稱為單壁碳納米管(single-walledcarbonnanotubes, SWNTs)，而由多層不同直徑的單壁碳納米管以同一軸線套裝起來的稱為多壁碳納米管(multi-walledcarbonnanotubes, MWNTs)。碳納米管由于具有獨特的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的綜合性能以及廣闊的應用前景而引起科學家們的廣泛關(guān)注。

2001年5月底，韋進全老師所在的課題小組意外地合成了分米量級的超長單壁碳納米管！在此基礎(chǔ)上，韋進全老師采用催化裂解法成功合成了雙壁碳納米管宏觀薄膜和長絲，其工藝參數(shù)范圍比單壁碳納米管的更寬。

不久后，韋進全老師發(fā)現(xiàn)添加劑硫能夠促進碳納米管的可控生長，隨著硫濃度的適量增加，碳納米管會呈現(xiàn)單壁、雙壁、多壁的不同層次，也就是說，可以通過對硫濃度的細微改變來實現(xiàn)對碳納米管層數(shù)的控制！也就是說，微小無序而又不可捉摸的碳納米管，從此可以變得“乖巧聽話”了。

2004年，韋進全老師發(fā)現(xiàn)碳納米管具有明顯的電致發(fā)光性能，于是有了進一步制作碳納米管燈泡的想法，但是韋進全老師找不到愿意幫忙的燈泡封裝廠，他就到校外找了一位玻璃工人，勉強用手工封裝出一個以碳納米管做燈絲的燈泡。隨后在某研究所進行的輻射性能測試表明，碳納米管具有比黑體輻射更高的發(fā)光效率，可能具有冷光行為，同時還表現(xiàn)出發(fā)光閾值電壓低、相同電壓下照度更高、特別是電阻隨溫度變化不明顯等特點，節(jié)能潛力很大。碳納米管燈泡的初步研究結(jié)果在APL（AppliedPhysicsLetters,《應用物理快訊》雜志）上發(fā)表后，Nature編輯部當周即發(fā)表評論，說這是對愛迪生電燈泡的一種“回歸”，因為愛迪生在發(fā)明鎢絲電燈泡前，最早也是用碳做燈絲的，但這決不僅僅是一個簡單的“復古”與回歸。Science編輯部評論說這是“第一個清晰可見的、表明納米技術(shù)具有更高效率的實例”。

2007年2月，韋進全老師參與的“碳納米管宏觀體的研究”獲2006年度國家自然科學獎二等獎。之后，他總結(jié)了研究各種碳納米管宏觀體的制備、性能以及應用的成果，并在此基礎(chǔ)上，撰寫了《碳納米管宏觀體》，系統(tǒng)地介紹了各種碳納米管宏觀體的制取工藝、檢測和表征、生長機制，以及相關(guān)特性和潛在應用。這本書不僅適合于從事納米科技的專業(yè)人員、研究生以及具有一定材料基礎(chǔ)知識的研究人員，也適合于對碳納米管感興趣的非專業(yè)讀者。這是一本普及碳納米管知識的好書，能讓更多人了解碳納米管，從而帶動碳納米管的實際應用。

韋進全老師說：“關(guān)于碳納米管的研究，我們與世界基本同步。十八年來世界各國的研究，已經(jīng)讓我們十分熟悉了碳納米管的性能特點以及制備技術(shù)?，F(xiàn)在，各國的科學家已經(jīng)把重點轉(zhuǎn)移到了碳納米管的大規(guī)模實際應用上。雖然目前，碳納米管已經(jīng)有了小范圍的應用，如衣物材料，球拍等，但是大規(guī)模的應用還有待時日。這也是我們目前努力的目標?！?/p>

我們相信，在不久的將來，韋進全老師一定會實現(xiàn)自己的目標，碳納米管一定會在我們的生活中發(fā)揮出它不可替代的重要作用！