它可能看起来像一卷铁丝网，但这个微小的碳原子圆柱体——太小而无法用肉眼看到——有一天可以用于制造从夜视镜到运动等电子设备得益于 杜克大学研究人员开发的技术，从探测器到更高效的太阳能电池。

碳纳米管于 20 世纪 90 年代初首次被发现，它是由单片碳原子像吸管一样卷起来制成的。

碳并不是一种新奇材料。地球上的所有生命都以碳为基础。它与钻石、木炭和铅笔芯中发现的物质相同。

碳纳米管的特殊之处在于其卓越的性能。这些微小的圆柱体比钢还要坚固，但又很薄，50,000 个圆柱体的厚度相当于人类头发丝的厚度。

它们还具有惊人的导电和导热性能，这就是为什么在推动更快、更小、更高效的电子产品的过程中，碳纳米管长期以来一直被吹捧为硅的潜在替代品。

但生产具有特定性能的纳米管是一个挑战。

根据它们卷起的方式，一些纳米管被认为是金属的——这意味着电子可以任何能量流过它们。问题是它们无法关闭。这限制了它们在数字电子产品中的使用，数字电子产品使用打开或关闭的电信号来存储二进制状态;就像硅半导体晶体管在 0 和 1 位之间切换来进行计算一样。

杜克大学化学教授 Michael Therien 和他的团队表示，他们已经找到了解决这个问题的方法。

该方法采用始终让电流通过的金属纳米管，并将其转变为可以打开和关闭的半导体形式。

其秘密在于特殊的聚合物——分子以长链连接在一起的物质——以有序的螺旋方式缠绕在纳米管上，“就像用丝带缠绕在铅笔上一样”，第一作者弗朗西斯科·马斯特罗辛克(Francesco Mastrocinque)说道 ，他获得了化学博士学位。 .D. 在杜克大学 Therien 的实验室里。

他们发现，这种影响是可逆的 。将纳米管包裹在聚合物中会改变其电子特性，从导体变为半导体。但如果纳米管被打开，它就会回到原来的金属状态。

研究人员还表明，通过改变包围纳米管的聚合物类型，他们可以设计出新型半导体纳米管。它们可以导电，但前提是施加适量的外部能量。

“这种方法提供了一种微妙的新工具，”Therien 说。“它允许你通过设计来制造半导体。”

该方法的实际应用可能还很遥远。“我们距离制造设备还有很长的路要走，”Therien 说。

马斯特罗辛克和他的合著者表示，这项工作很重要，因为它是一种设计半导体的方法，这种半导体在受到某些常见但人眼看不见的低能波长的光照射时可以导电。

例如，在未来，杜克大学团队的工作可能会帮助其他人设计纳米管，检测以透视 辐射形式释放的热量，从而揭示隐藏在阴影中的人或车辆。当透视 光(例如温血动物发出的透视 光)照射到其中一个纳米管聚合物混合物时，它会产生电信号。

或者以太阳能电池为例：这项技术可用于制造纳米管半导体，将更广泛的波长范围转化为电能，以利用更多的太阳能。

由于纳米管表面的螺旋包装，这些结构也可能成为新型计算和数据存储的理想材料，这些计算和数据存储使用电子自旋以及电荷来处理和携带信息。