自我复制纳米管的研究与意义

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自我复制纳米管的研究与意义
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碳纳米管是由碳分子组成的圆柱形结构。虽然它们的直径只有几纳米，但它们的长度可以达到几毫米。它们主要因其非凡的机械、热和电学性能而受到重视。特别是，碳纳米管能级的离散分离是其优异的半导体性能的原因。它们还表现出独特的刚度和强度，可用于各种应用，如电子电路、材料、光学、电池、太阳能电池、纺织品等的制造。

一般来说，纳米管有两种类型:单壁(SWNTs)，只包含一个石墨层，和多壁(MWNTs)，由多个同心石墨层组成。

自我组装的过程

大量合成纳米管的方法多种多样，包括电弧放电、激光烧蚀、化学气相沉积等。然而，还有一个较小规模的过程可以在没有任何外部刺激的情况下发生。这被称为分子自组装，分子可以在没有人为干预的情况下以明确的模式排列。同样的过程也可以应用于纳米管。

研究人员已经实现了正确的实验条件和催化剂的混合，以复制纳米管的自组装，与脱氧核糖核酸或DNA的方式相同。然后，碳分子以六组为一组连接在一起，形成玫瑰花形的环，这些环依次组合成棒状的纳米管。其结果是形成了可自我复制的纳米管，可被视为多种应用的优越材料。

近年来，在人造关节、身体植入物和电子设备应用方面已经进行了这样的实验。结果，虽然在实验水平，是非常有希望的。

这是一张显示纳米管结构的STM原子分辨率图像

织物及其他应用

排列的碳纳米管

除了在生物医学领域的广泛应用潜力外，最近的一项发展还涉及到一种被称为“纳米地毯”的自组装纳米管的完美均匀层的生产。当放大一百万倍时，这种纳米地毯结构就像粗毛地毯的纤维。这些微小的地毯被用作芯片中的热界面材料，以防止芯片过热。它们还具有感知环境的能力，可以根据环境条件改变颜色，甚至可以检测并杀死细菌(如大肠杆菌)。其他可能的应用包括化学和生物武器的探测和净化。

电子纺织品或织物是纳米管可以更广泛应用的另一个主要领域。这个过程很简单:在棉线上涂上导电碳纳米管，然后就可以编织成织物。这些线可以传导大量的电流，因此连接在它们上的LED可以发出足够亮的光。据观察，这些纳米管纺织品显示出有趣的生物传感能力，如传感人体血液。

恐惧、猜测和现实

不可否认的是，通过使用自组装纳米管作为原材料，可能会获得许多好处。它们很便宜(因为它们是由碳制成的)，而且由于它们可以在室温条件下在几小时内复制，它们还有低生产成本的额外优势。

然而，根据普遍的看法，这些发展可能是相当危险的。(参见“纳米技术在燃料电池中的应用最终对环境有害吗?自组装的纳米管结构可能会“失控”，就像这个可怕的理论所说的那样，在现场不受控制地复制。可能的后果只受限于我们的想象力。

尽管在测试新技术时，人们总是会担心这样的问题，但目前还没有确凿的证据可以证明它们是正确的。这种自组装现象只在某些条件下被观察到——即使没有人类的帮助——而且仅限于纳米尺度。尽管存在这些担忧，但这是朝着具有无限应用潜力的新型纳米结构材料设计迈出的重要的第一步。

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