为纳米管开路

碳纳米管有可能为日本经济注入新的活力，再有两三年就能在某些领域内将其投入商业用途。本文描述了日本在碳纳米管技术发现阶段、应用阶段以及将来临的规模生产中所扮演的角色 
【《日本瞭望》月刊11月号文章】题：为纳米管开路（作者　青不慎一）
除了耗油量、马力、舒适程度以及导航、音响系统等性能特点外，日产汽车现在又增加了一个新特性：采用一种特殊塑料制成的前挡泥板弯曲后能够自动恢复原状。这样，你不用到修车行去清除凹痕，凹痕就能自动消除。
秘密就在于这种塑料含有少量的碳纳米管。碳纳米管像钻石一样坚硬，其拉力强度是市场上大多数合金材料的25倍。掺入碳纳米管的塑料既保持了塑料的弹性又具有极高的强度，这样的塑料应用于汽车，可以减轻重量从而降低耗油量。
此外，掺入碳纳米管的塑料是很好的导电体，加入电荷的油漆在被喷到塑料上后可形成一层静电层，可防止油漆脱落。由于没有使用普通油漆所需的有毒有机溶液，掺入碳纳米管的塑料还能为环保做出贡献。
发现阶段
日本电气公司高级研究员、名城大学教授饭岛澄男于1991年发现了碳纳米管。今年饭岛包揽了本杰明·富兰克林物理学奖章、欧洲物理学会的Agilent技术欧洲物理奖、美国物理学会詹姆斯·麦克格鲁迪奖。所有这些奖项都被认为是获得诺贝尔奖的前奏。科学家发现，碳纳米管的电特性随分子结构改变而发生明显变化。当碳原子形成的六角形整齐地排成一个管时，其对电的反应就像金属一样。当六角形呈螺旋状排列时，其电特性就像半导体。对此，饭岛说：“没有其他任何材料能在分子结构不同时具有如此不同的特性。”
应用阶段
碳纳米管最有前途的应用领域是电子领域。硅晶体的物理特性为半导体电路的小型化设置了障碍：导线的最小宽度大约是60纳米。以当前的形势看，在10年内半导体的发展将碰到这个极限。
日本主要电子企业都在寻求利用碳纳米管突破这个极限。国家先进工业科学技术研究所与富士通实验室合作试制了一个用单分子纳米管制作而成的晶体管。虽然需要将1000个以上这样的晶体管连在一起才能用于实际用途，但这已经展现出碳纳米管的基本功能。
在用碳纳米管制作电路和导线的研究方面，2002年7月富士通实验室宣布，他们已经成功地用自组装技术在一个大规模集成电路底层的特定位置上生成碳纳米管导线。不过利用自组装技术自动制造元件如晶体管的研究才刚刚开始。
碳纳米管在电子领域的应用可能还是10年之后的事情，但在未来2到3年内就能应用到电池和平面显示器上。日本电气公司的研究人员把最大的精力投入到碳纳米管在电池技术的应用上。传统上，活性碳被用作电池的电极，而日本电气公司利用一种被称为碳纳米角的纳米管作电极可以减少所需要的贵重金属，并提高电池的能源输出。日本电气公司计划从2005年开始把这项技术应用到手机电池上并投入市场。
将碳纳米管应用到显示面板的研究也很普遍。Noritake集团下属企业Noritake　Itron于1998年开发了世界上第一个用于平面电视的场发射显示器，并于2001年在美国获得了基本专利。这种显示器的主要特性是亮度。使这项技术成为可能的小直径纳米管，在低电压下也能大量地发射电子。
规模生产阶段
由于纳米管的价格非常昂贵，是同等重量黄金的10倍，所以纳米管的未来取决于规模生产技术。
纳米管的生产方法包括真空弧沉积法和激光炉法等，但这些方法都难以大量削减成本以使每克纳米管的成本降到1万日元。日本的研究人员在改进和开发纳米管的生产方法方面取得了一定的成绩，群马大学教授大谷朝男和三菱化学一起开发了一套纳米管生产的全新概念。他们的方法与生产碳纤维的方法类似，虽然这种方法还处于实验室基本测试阶段，但它的优点是可以不用金属催化剂而利用碳纤维制造技术的知识。此外，名古屋大学教授筱原久典和Toray工业开发出一项可以完全控制纳米管厚度和分子结构的技术，生产出的纳米管的质量比以前的都高。
从纳米管的发现到生产，日本科学家和企业一直都处在前沿地位。日本在纳米管技术上显然领先于欧洲和北美。根据三菱研究所和《日本经济新闻》预测，到2020年fullerene和碳纳米管的市场将达到大约380亿美元，如果将利用纳米管生产的最终产品也计算在内，市场规模要再加一个零。