碳纳米管已经显示出从微电子到航空再到储能等各个领域的前景。
研究人员认为，这种材料有朝一日可能会实现科幻小说中创造太空电梯的梦想。
那么为什么不更频繁地使用它们呢?
辛辛那提大学化学家诺伊·阿尔瓦雷斯表示，一个障碍是令人沮丧的是，无法将碳纳米管与金属表面连接起来，以牢固的连接方式用于传感器，晶体管和其他用途。这些空心管的直径只有十亿分之一米，但可以有几厘米长。
“我们希望我们的实验是可重复的和一致的，但这对于纳米管来说并不容易实现，因为我们无法控制它们与金属表面的连接程度，”他说。
但他和他的合作者已经展示了一种新的化学工艺，将纳米管嫁接到金属表面，以形成一个坚固、一致的导电链接。该研究发表在《纳米进展》杂志上。
在过去的迭代中，碳纳米管分散在溶液中，制成Alvarez比作粘在金属表面的“湿意大利面”。
“但是没有强大的联系。没有什么能真正将纳米管固定在表面，“他说。
因此，电导率等特性的测量不精确且不一致。
阿尔瓦雷斯和他在德克萨斯农工大学的研究伙伴，由化学工程教授豪尔赫·塞米尼奥领导，展示了将纳米管化学键合到铜、铝、金和其他金属表面的方法。
阿尔瓦雷斯和他的合作者从美国国家科学基金会获得了72万美元的资助，用于在未来三年内详细说明他们的化学发现。
“为什么我们没有看到碳纳米管在广泛的商业应用中，即使它们有如此大的潜力?我们有很多事情要弄清楚，“加州大学博士生和研究主要作者Chaminda Nawarathne说。
阿尔瓦雷斯和他的合著者通过计算发现，有机链中的碳原子实际上与两个铜原子结合，形成特别强的键。
“这就解释了为什么我们的纳米管一旦化学连接就会保持连接，”阿尔瓦雷斯说。 240222aAlvarez013.CR2 加州大学化学教授Noe Alvarez和博士生Chaminda Nawarathne提出了一种将碳纳米管与金属结合的化学工艺，这为储能、通信和生物医学工程开辟了一扇巨大的可能性之窗。
碳纳米管被用来制造地球上最黑的合成材料，吸收超过99%的光。纳米管纤维坚固而轻便。照片/Andrew Higley/UC Marketing + Brand
碳纳米管是出了名的强分子，Alvarez说。它们的分子结构创造了一个优雅的六边形晶格。
“碳键是最强的键。它们是共价键。这就是为什么钻石是最坚硬的材料，因为它们是碳-碳键，“阿尔瓦雷斯说。
阿尔瓦雷斯说，虽然钻石中的碳原子是单键，但碳纳米管具有共轭的双键原子，使它们比钻石更坚固。
阿尔瓦雷斯说，由坚固但轻质的碳纳米管制成的电缆已被设想用于制造“太空电梯”，可以将设备送入轨道。
布拉德·皮特电影《Ad Astra》的开场场景中描绘了太空电梯。
但力量只是它们的独特特性之一。
碳纳米管用于制造地球上最黑的合成材料。阿尔瓦雷斯说，它们与金属的牢固结合可以带来更好的油漆和涂料。
“纳米管是相当惰性的。它们非常稳定。您可以在不破坏它们键的情况下共轭它们。半导体纳米管也具有荧光特性 - 它们可以产生光，“Alvarez说。“因此，申请清单不胜枚举。”
Nawarathne表示，他正在寻求储能领域的潜在应用。
“现在我们可以将碳纳米管粘合到集流体或金属探针上，我们可以为超级电容器制造非常稳定的电极，”Nawarathne说。
加州大学化学系的学生使用一种称为催化化学气相沉积的工艺在硅盘上“生长”纳米管，该工艺将试剂和铁催化剂加热到1450华氏度。
“它很热，”阿尔瓦雷斯说，指着烤箱大小的机器中透过玻璃窗看到的物体。“这就像一个烤盘。催化剂就在这里。
45分钟后，硅上出现一层薄薄的碳纳米管。从那里，研究人员能够将纳米管电接到各种金属表面上。最初，他们使用成束的纳米管，但通过改进的工艺，他们可以连接垂直排列的纳米管。
“这就像试图将羊毛与绵羊联系起来。你有从羊身上剪下来的纱线。我们能够以化学方式将单个纤维连接回绵羊身上，“他说。
