双壁纳米管具有光电优势
莱斯大学的计算表明，双壁纳米管对太阳能电池板和其他纳米电子应用(如光伏发电)非常有用。
一个纳米管可能在电子应用方面很有用处，但有新的证据表明两个可能是最好的。
莱斯大学的工程师们已经知道，在使用单壁碳纳米管的电特性时，尺寸很重要。然而，直到现在，还没有人研究过电子在面对俄罗斯娃娃式多壁电子管结构时的行为。
莱斯实验室的材料理论家Boris Yakobson计算了半导体双壁碳纳米管曲率对其挠性电压的影响，挠性电压是衡量纳米管内壁和外壁之间电不平衡的一种方法。这影响了嵌套纳米管对在纳米电子应用，特别是光伏应用中的适用性。
在2002年的一项研究中，雅可布森和他的Rice同事揭示了电荷转移，也就是使正负两极之间存在电压的差异，是如何与纳米管壁的曲率成线性比例的。管的宽度决定了曲率，实验室发现纳米管越薄(因此曲率越大)，潜在电压就越大。
雅各布森说，当碳原子形成平面石墨烯时，平面两侧原子的电荷密度是相同的。将石墨烯薄片弯曲成管状，打破了这种对称性，改变了平衡。
根据研究人员的说法，这在曲率的方向上创造了一个挠曲电局部偶极子，并与之成比例，他们注意到二维碳的挠曲电“是一个显著但相当微妙的影响”。
但不止一堵墙使平衡变得非常复杂，改变了电子的分布。在双壁纳米管中，内壁和外壁的曲率不同，给每个不同的带隙。此外，模型显示，外壁的挠性电压移动内壁的带隙，在嵌套系统中形成交错带对准。
雅克布森说:“新奇之处在于，由于外部纳米管产生的电压，插入的‘婴儿’(内部)套娃的所有量子能级都发生了变化。”他说，不同曲率的相互作用导致跨跨到交错带隙转变，发生在估计的临界直径约2.4 nm处。
莱斯大学的理论家们计算了双壁碳纳米管中的挠曲电效应。石墨烯薄片(顶部)两侧原子的电势(P)是相同的，但当薄片弯曲成纳米管时就不一样了。双壁纳米管(下)表现出独特的效应，因为内外管的带隙是交错的。雅可布森研究小组/赖斯大学
“这对太阳能电池来说是一个巨大的优势，本质上是分离正电荷和负电荷以产生电流的先决条件，”Yakobson说。“当光被吸收时，一个电子总是从已占据的价带的顶部(留下一个“正”空穴)跳到空电导带的最低状态。
“但在交错结构中，它们恰好位于不同的管道或层中，”他说。“正号和负号会在电子管之间分离，并在电路中产生电流而流出。”
该团队的计算还表明，用正负原子修饰纳米管的表面，可以产生“两种符号中任意一种符号的大量电压”，最高可达3伏。研究人员写道:“尽管功能化可能会强烈干扰纳米管的电子特性，但在某些应用中，它可能是一种非常强大的诱导电压的方式。”
该研究小组表示，他们的发现可能适用于其他类型的纳米管，包括氮化硼和二硫化钼，或作为碳纳米管的杂化物。
-副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE Media and Technology，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程能源和权力的故事．
