納米技術的出現極大地改變了人類的生活面貌，航天、航海、微電子、信息、食品、服裝、醫藥等眾多領域都應用了各種各樣的納米材料。納米材料按照其形貌可以分為零維、一維、兩維以及三維納米材料等。其中一維納米材料如碳納米管等由於其優異的物理和化學性能、便於構建多級結構等優勢而具有廣闊的應用前景。在一維納米材料的研究中，最關鍵而同時又是最困難的一個步驟在於如何製取、操縱和應用具有完美結構的單根一維納米材料，從而充分展示其優異性能。由於一維納米材料的長度可以達到毫米級甚至釐米級以上，而其直徑卻往往只有幾個納米，這種跨越多個數量級的尺度範圍為其研究帶來了極大困難。迄今為止，其形貌的表徵主要依賴於電子顯微鏡，而如果能夠實現其在光學環境下的可視化，將為其表徵、操縱和微納器件構建帶來極大的便捷。近日，清華大學魏飛教授帶領其在化工系與微納米力學與交叉學科研究中心（CNMM）的研究團隊，在單根超長碳納米管的光學可視化方面取得了突破性進展。
該研究團隊以單根超長碳納米管為研究材料，通過氣相自組裝的方式在單根碳納米管上負載二氧化鈦納米顆粒，實現了單根碳納米管在光學環境下的可視化。所負載的二氧化鈦顆粒分布在數十至數百納米，由於這種粒徑大小的納米顆粒對可見光有很強的散射能力（遵循米氏散射），使得它們在低倍的光學顯微鏡甚至普通的放大鏡下就可以用肉眼看到。正是有了這些納米顆粒的標記作用，負載有單個或多個這種納米顆粒的單根碳納米管就可以在光學顯微鏡下被清晰地觀察並準確定位。實現這種一維納米材料光學可視化的方法過程簡單，不需要複雜的設備，其過程只需要幾秒鐘的時間，非常簡單高效。有了一維納米材料的光學可視化，就可以擺脫電子顯微鏡等昂貴表徵設備的限制，利用普通光學顯微鏡實現一維納米材料的可控操縱。在此基礎上，魏飛教授的團隊實現了單根碳納米管的任意拉伸、剪切、轉移等各種操縱，為單根碳納米管的結構表徵、性能測量以及器件構建等帶來了極大的便利。
該研究得到了科技部重大研究項目(2011CB932602，2013CB934200)的支持。（來源：科學網）