碳纳米管是由碳原子组成的管状结构纳米材料，由于具有在狄拉克点附近线性的能量、动量散射等特征，与石墨烯、部分石墨炔等共同称为狄拉克碳材料。这类材料因电子质量为零，符合狄拉克方程，电子迁移率、电流密度可比常规材料提升几个数量级，具有优异的力学、电学、热学及光学性能，在微纳电子、透明显示、功能材料、能量存储、航空航天等领域具有广阔的应用前景。碳纳米管从1991年首次报道以来得到了广泛关注和研究，并实现了千吨级规模的大量制备。然而，由于制备工艺的限制，实际制备的碳纳米管通常存在大量结构缺陷，而狄拉克材料的一个典型特征是材料性质对局部缺陷极为敏感，导致其实际性能远低于理论值。此外，实际制备的碳纳米管长度往往为毫米级，难以体现其优异的力学性能，也难以在超强纤维、防弹衣、航空航天等高端领域得到应用。因此，可控制备宏观长度、结构完美的超长碳纳米管具有重要的学术意义和应用价值。
近日，清华大学化工系的魏飞教授团队在Accounts of Chemical Research期刊上发表综述论文Controlled synthesis of ultralong carbon nanotubes with perfect structures and extraordinary properties，并被选为当期封面文章。论文的通讯作者为魏飞教授，第一作者为化工系2014年的博士毕业生张如范（现为斯坦福大学博士后）。
他们在文中系统阐述了超长碳纳米管的生长机理、可控制备方法、缺陷控制策略、结构表征及优异性能等。对于超长碳纳米管的可控制备和性能表征等方面的研究具有重要意义。超长碳纳米管遵循顶端生长机理，生长过程遵循Schulz-Flory分布，催化剂活性和寿命在生长过程中起到关键作用。为避免碳纳米管生长过程中缺陷的产生，研究人员需做好催化剂结构设计，并严格控制诸如温度、气速、原料配比、基底等所有过程因素。上述因素对碳纳米管的缺陷形成有直接影响，并决定其管径、壁数、长度等结构信息。由于超长碳纳米管极高的长径比，其结构表征与常规纳米材料有很大区别，作者介绍了超长碳纳米管结构表征的常用手段。最后，作者介绍了超长碳纳米管完美结构赋予的极致性能。
在过去的十年里，魏飞教授团队在超长碳纳米管生长机理、结构可控制备、性能表征和应用探索方面开展了大量研究，并取得了一系列重要突破。该团队曾制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，并具有完美的结构和优异的性能，创造了世界纪录。此外，他们首次发现了宏观尺度的超润滑现象，并实现了单根碳纳米管宏观尺度下的光学可视化及可控操纵。以上成果相继发表在Nature Nanotechnology、Nature Communications、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters 等国际期刊上，引起了学术界的广泛关注。
该论文作者为：Rufan Zhang, Yingying Zhang and Fei Wei
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Controlled Synthesis of Ultralong Carbon Nanotubes with Perfect Structures and Extraordinary Properties
Acc. Chem. Res., 2017, 50, 179, DOI: 10.1021/acs.accounts.6b00430
导师介绍
魏飞
http://www.x-mol.com/university/faculty/21061
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