在国家自然科学基金委、科技部、中科院的大力支持下，化学所有机固体院重点实验室研究人员，进一步发展了气流波动法，实现了铁填充碳纳米管的可控制备。有关研究成果发表在Advanced Materials (2007, Vol.19, No.3, p.386－390)上。

碳纳米管等其他一维纳米材料因其优良的电学和机械性能目前已被广泛的研究，但是随着研究的深入，需要合成一些结构和组成更加复杂的纳米材料，用于制备一些复杂功能的纳米器件。其中分支和填充结构是两种最基本的纳米结构，可以用于纳米开关、纳米存储器以及纳米器件的集成等。如铁填充的碳纳米管，可以用于高密度磁存储、磁阻感应器、磁共振成像等领域，需要铁纳米粒子可控地填充到碳纳米管内部。

在前期研究中，该研究组发现气流波动法可以制备结构可控的分支碳纳米管（Nano Letters 2006, Vol.6, No. 2, p.186－192，图1）。在这一工作的基础上，他们选用不同的衬底，实现了铁填充碳纳米管的可控制备（图2）。根据这一发现，提出了分支和铁填充碳纳米管形成的新机制，即气流波动诱发的催化剂粒子合并或分裂机制（图3）。在气流波动的情况下，在吸附力较大的衬底上催化剂粒子发生合并从而生长出分支碳纳米管；在吸附力较小的衬底上催化剂粒子发生分裂从而生长出铁填充碳纳米管。这种方法简单可控，无需引入其他填加剂或模板，只需控制气流的波动就可以实现对分支结构以及填充结构的控制。这一研究进展对铁填充碳纳米管的应用具有重要意义，为可控制备分支和填充结构的纳米材料提供了一条新途径。

 图1：分支碳纳米管透射电子显微镜照片

图2：铁填充碳纳米管透射电子显微镜照片。

在其制备过程中，气流波动的周期分别为0.5 (a)、1 (b)、2 (c) 和 4 (d) 分钟

图3：分支和铁填充碳纳米管的形成机制示意图

                                                             有机固体院重点实验室

                                                                2006年3月2日