人們對碳納米管（CNT）的深入研究已有30多年，并將其視為一種潛力的用于構建電子器件的功能材料。多壁（含少壁）碳納米管是由兩層或兩層以上石墨烯沿中心軸按一定螺旋角卷曲而成的無縫管狀結構。由于石墨烯層間滑動摩擦力非常小，碳納米管的管壁間在微小的外力作用下即可很容易地相對滑動，早在2013年，實驗已經(jīng)驗證了其管壁間的超潤滑行為（Nat Nanotechnol，2013, 8, 912）。我們可以預測，碳納米管的管壁間滑動一定會伴隨著電學性能的變化，然而，由于實驗上的困難，迄今還未有相關的研究結果。一方面，管壁間滑動行為所引起的機電性能的變化規(guī)律尚未被揭示；另一方面，該現(xiàn)象在電子器件中的應用潛力尚待開發(fā)。

近期，清華大學張瑩瑩教授團隊對碳納米管管壁間滑動引起的電學性能的變化進行了實驗研究，揭示了其管壁間滑動行為所引起的線性、可逆的電流變化，采用管壁間電子隧穿模型解釋了該現(xiàn)象的工作機理，并基于該現(xiàn)象制作了高精度人機交互界面。研究中采用了超長少壁碳納米管（FWCNT）作為原材料，該材料具有厘米級宏觀長度和低表面缺陷密度，易于被操縱，是研究CNT機電性能和宏觀應用的理想材料。此外，超長FWCNT水平陣列可以被轉移到其它的柔性襯底上，有被進一步用于新型的柔性電子器件制備的潛力。通過化學氣相沉積法制備了超長FWCNT，在光學顯微鏡下通過探針進行操縱，實現(xiàn)了該類CNT在大氣環(huán)境下的管壁間滑動，通過原位測量其電學性能，發(fā)現(xiàn)了其管壁間滑動行為引起的線性、可逆的電流變化，并提出了管壁間電子隧穿模型解釋了該現(xiàn)象的工作機理。為了制作柔性電子器件，還開發(fā)了一種絲素蛋白（Silk）輔助的轉移超長FWCNT水平陣列的方法，并將轉移后的樣品封裝在彈性硅橡膠（PDMS）中，得到了CNTs@Silk@PDMS（CNT/S/P）可拉伸薄膜。沿CNT軸向方向對該薄膜施加拉伸應力，可誘導實現(xiàn)FWCNT管壁間可逆和可控的滑動，展現(xiàn)出線性和可逆的電流變化，與單根碳納米管上觀察到的機電特性規(guī)律一致。以CNT/S/P基傳感器為基礎，設計了一種智能手套，佩戴該手套可遠程控制機械手同步模擬手的各種運動，該機械手控制系統(tǒng)具有遠程執(zhí)行精細和復雜任務的能力，將有望代替人類執(zhí)行潛在的危險任務，例如處理有毒或易爆材料等，也在醫(yī)療保健、虛擬現(xiàn)實和機器人等領域具有潛在的應用。這項工作揭示了碳納米管壁間滑動的機電響應規(guī)律，證明了一維管狀材料中的壁間滑動可以應用于新型電子器件的設計。這一新穎的機制可以為未來柔性電子器件的設計提供新的思路。可以預測，這種方案也可以擴展到具有范德華層間相互作用的其他一維管狀材料或者二維層狀材料。

來源：傳感器專家網(wǎng)