見「微」知「著」——「看見」碳納米管陣列的「奧秘」

科技 04-06

在人類所獲得的信息中，90%以上來自眼睛。光作為主要載體，揭開了大千世界的種種奧秘。然而在納米世界裡，納米材料的光學信號通常很弱。以碳納米管為例，它的光學襯度通常低於1%，與環境產生的噪音信號強度相當。這樣一來，蘊藏著種種重要物理信息的光學信號，就淹沒在嘈雜的背景中，而難以被探測。

碳納米管陣列有望成為未來納米器件的候選材料，但如何對碳納米管陣列的結構與性能進行準確、快速、高通量的表徵是目前的瓶頸問題。傳統的表徵方法，如透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等，常常會在表徵的區域範圍、速度、判定金屬管和半導體管比例以及解析度上受到限制。由於光學手段具有高通量無損傷的優良特性，科學家一直以來都在尋求碳納米管陣列結構和性質的光學表徵方法。

見「微」知「著」——「看見」碳納米管陣列的「奧秘」近期，北京大學張錦教授和劉開輝研究員的兩個研究團隊密切合作，在高密度碳納米管陣列結構與性質的高通量光學成像表徵方法上取得了突破。利用碳納米管的偏振特性，使用兩個接近垂直的偏振片極大地增強了碳納米管陣列的光學襯度（接近50倍）。通過這種方法，在亞毫米的視野範圍、小於1秒的曝光時間內實現了對高密度碳納米管陣列的光學成像。通過對碳納米管吸收性質的分析，利用光學圖像中的襯度和顏色分辨信息，實現了對碳納米管陣列密度和金屬與半導體管的比例的快速表徵。該方法也可以用於各種不同基底（如帶電極的硅/氧化硅、熔融石英氧化鋁）和不同的環境中（如浸沒在水、油中和在900攝氏度的高溫下）碳納米管陣列結構與性質的表徵。