Rain科技7月18日消息，浙江大学项荣教授团队在材料领域取得重大突破，解决了困扰全球学界30多年的纳米管手性控制难题，相关研究成果登上国际顶级期刊《科学》，同步在线发布。
TMDC纳米管是新一代高性能纳米材料，在光电、催化、量子设备等领域具有巨大应用潜力，其性能上限远超人们熟知的碳纳米管。然而，自1992年被发现以来，行业始终卡在同一个关键难题上：无法精准控制纳米管的卷曲结构，导致产出的材料构型杂乱无章，无法稳定用于芯片、精密器件生产，相关落地研究长期停滞不前。碳纳米管早年也曾遇到类似问题——合成出的材料导电类型随机混杂，极易造成设备短路。而TMDC多层原子结构更为坚硬，成型难度更高，30年间全球研究团队均未能找到可控合成的有效办法。从技术路径来看，手性控制之所以成为瓶颈，是因为纳米管的电子性质完全由其螺旋角度和直径决定，任何微小的构型偏差都会导致性能剧变，而传统生长方法无法在原子尺度上约束这种随机性。
这次突破源自一次实验中的意外发现。团队人员观察到一批样品衍射斑点高度统一，敏锐察觉到背后存在全新的生长逻辑。进一步分析表明，团队尝试用氮化硼纳米管充当模具，让TMDC材料在管状通道内生长，成功筛选出性能最优的扶手椅型纳米管，其中二硫化锡样品的目标构型占比最高可达84%，二硫化钼、二硫化钨材料也能实现稳定的择优生长。这一方法的核心在于利用氮化硼纳米管的刚性模板效应，迫使TMDC在生长过程中沿特定方向卷曲，从而大幅提升手性纯度。从材料科学角度看，这种“模板辅助生长”策略打破了以往依赖随机成核的局限，为纳米管的结构可控性提供了全新范式。
项荣教授团队合影
研究结论最初并未获得审稿人认可，因为数据反差过大，难以令人信服。团队三人轮班不间断进行实验，连续采集300组数据，全部结果保持一致，并搭配透射电镜实时记录纳米管成型全过程，完整证实了这套生长机制的可行性。这种反复验证的过程在纳米材料研究中尤为关键——由于原子尺度下的现象往往具有高度偶然性，单一实验数据很容易被质疑为统计异常，而大规模重复实验和原位观测则提供了不可辩驳的证据链。
扶手椅型纳米管具有更高的电子传输效率，可直接用于高速纳米晶体管，为高端芯片制造开辟了新思路。与普通碳纳米管相比，扶手椅型TMDC纳米管带隙可调、载流子迁移率高，且天然具备半导体特性，无需额外分离金属型与半导体型，这大幅降低了器件集成的复杂度。从产业应用角度分析，该技术有望在3-5纳米以下制程中替代部分硅基晶体管，缓解摩尔定律放缓带来的性能瓶颈。
这项研究从立项到完整验证历时四年，全部实验工作在国内平台独立完成。浙江大学机械学院搭建了原子级制造实验室，兼顾重型装备研发与微观材料研究，完善的硬件平台吸引了多国科研人才加入，团队中外籍成员占比超过三分之一，不同背景的学者互相交流、碰撞思路，加速了实验进度。这种跨学科、跨国界的协作模式，正是当前前沿材料研究突破的重要驱动因素——单一学科往往难以同时解决生长、表征和理论模拟的所有问题，而多元团队能够快速迭代实验设计。
项目联合大连理工大学、北京大学、西湖大学以及日本多所高校协同完成，依托国家重点研发计划、自然科学基金等项目支持落地。困扰行业三十年的瓶颈被打通后，TMDC纳米管大规模产业化已不再遥远，未来将在量子信息、光电器件、催化等前沿领域发挥关键作用。不过，从实验室突破到工业化量产仍需克服若干挑战，例如模板的规模化制备、手性纯度进一步提升至接近100%、以及成本控制等问题。但总体而言，这项成果为纳米材料的手性工程提供了可复用的方法论，其影响将超越TMDC体系本身。
