【科研进展】工业制造最佳碳纳米管纤维方面取得新进展学术资讯

来源：中国复合材料学会

莱斯大学生产的碳纳米管纤维现在比凯夫拉尔纤维更坚固，并且在铜的导电性上也越来越微。

报道说，莱斯大学已经开发出最坚固，导电性最强的纤维，它是由长碳纳米管通过湿纺工艺制成的。在赖斯大学的这项新研究中，研究人员指出，湿纺碳纳米管纤维可能会导致许多医疗和材料应用领域的突破，其强度和电导率每三年翻一番，这一趋势跨越了近二十年。

尽管这可能永远无法模仿摩尔定律，该定律为数十年来计算机芯片的发展树立了标杆，但团队正在尽自己的一份力量来推动他们开创的制造碳纳米管纤维的方法。

实验室的线状纤维横截面数以千万计，目前正在研究中，它们用作修复受损心脏的桥梁，与大脑的电接口，用于耳蜗植入物，用作柔性天线以及用于汽车和航空航天应用。

碳纳米管纤维因其潜在的优越性能而长期受到吹捧。二十年的研究使这种潜力得以实现。现在，需要全球范围内的努力来提高生产效率，以便可以在零二氧化碳排放的情况下制造这些材料，并有可能同时生产清洁氢。

本文的目的是提出实验室生产的纤维的记录性能。这些改进意味着现在的强度已经超过凯夫拉尔纤维，这是一个巨大的成就。再加倍，将超过市场上最坚固的纤维。

柔性莱斯纤维的抗张强度为4.2吉帕斯卡（GPa），而凯夫拉尔纤维为3.6 GPa。纤维需要具有高结晶度的长纳米管。也就是说，碳原子环的规则排列几乎没有缺陷。赖斯工艺中使用的酸性溶液还有助于减少可能干扰纤维强度的杂质，并通过残留掺杂增强纳米管的金属性能。

纳米管的长度或长宽比是决定我们纤维性能的决定性特征。莱斯纤维中使用的12微米纳米管的表面积有助于更好的范德华键。这还有助于控制纳米管生长的纳米管的合作者通过控制催化剂中金属杂质的数量以及所谓的无定形碳杂质来优化溶液处理。

这种纤维的电导率已经提高到每米10.9兆西门子（百万西门子）。这是碳纳米管纤维首次超过10兆西门子阈值，因此我们已经将纳米管纤维的数量级提高到了一个新的数量级。他说，按重量进行归一化处理后，莱斯纤维可达到铜导电率的80％左右。但是我们已经超越了铂丝，这对我们来说是一个巨大的成就，并且纤维沥青的导热性比任何金属和任何合成纤维都要好，除了沥青石墨纤维。

该实验室的目标是使高效纤维的生产既高效又便宜，足以被工业大规模采用。在包括凯夫拉纤维（Kevlar）在内的其他类型纤维的生产中，溶液加工很常见，因此工厂可以使用熟悉的过程而无需进行大量的重新装备。

研究人员认为这种方法的好处是它实际上是即插即用的。它具有固有的可扩展性，并且与合成纤维的制造方式相匹配。

有一种观念认为碳纳米管永远无法获得人们几十年来一直在大肆宣传的所有特性。但是每年都在取得丰硕的成果。这并不容易，但我们仍然坚信这项技术将改变世界。

文章来源：碳纤维体验馆

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