CNT电学性能及量子化电导率

如本章16.2.3节所述，CNT的电学性质受其手性和直径的影响。CNT能够以类金属CNT或半导体CNT的形式存在。理论上，CNT的电导性极高，其电子密度约是铜等金属的一千倍。尽管CNT具有稳定高电流密度，J>10⁷A/cm^2[21]，但是它们的电阻系数为恒定值。美国IBM公司实验室的CNT研究者Phaedon Avouris在一次演讲宣称，CNT的电子密度最大可被提升至10¹³A/cm²。得益于其纳米尺寸，碳纳米管可被看成量子导线，电子可通过弹道在其中传输。

图16.7 描述CNT中量子化电导率的原子角动量的量子化阶梯（改编自Ristroph等人^[23]）(www.xing528.com)

来自英国物理化学院的Sanvito和他的团队^[22]使用了散射技术对MWCNT进行了实验。他们的实验为解释MWCNT中意外的整数和非整数电导率值提供了有力证据。他们也详细描述了MWCNT中管间相互作用阻碍MWCNT的量子导电通道的过程，以及管间相互作用在整个纳米管结构的每根纳米管间重新分配不均匀电流的过程，且这种阻碍和重新分配作用导致了量子化的电导率。来自美国哈佛大学的Trygve等人进行了有趣的实验，通过使用基于SWCNT的原子探测仪，数原子的个数成为可能。在他们的实验中，使用一个5μm长的SWCNT，可获得10⁴个每秒的计数比率。单个原子的俘获发生在量子化的阶梯中，如图16.7所示。实验中，原子被吸引至SWCNT量子导线，这些尖锐的阶梯是这些原子的角动量量子化的结果。“原子角动量的量子化阶梯”（见图16.7）中观察到的台阶展示了一个中性可极化颗粒系统的量子化电导率。