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英国大学再开发碳纳米管纤维制备新方法

文章来源：未知更新时间：2018-02-05 10:14:54

通常，“手工”和“高科技”往往不会出现在同一个句子里，但它们却能够同时应用于利用碳纳米管制备纤维的新方法中。该方法由英国莱斯大学（Rice University）的化学家Matteo Pasquali发明，能够在1小时内用块状的碳纳米管样品制备出长度较短但强度较高的导电纤维。

该项工作是对Pasquali于2013年开发的纳米碳管纺丝成纤方法的进一步补充和完善，该纤维能够应用于航空航天、汽车制造、医疗和智能服装等应用领域。该纤维貌似棉纤，却具有类似于金属丝和碳纤维的出众性能。原方法仅需要几克材料，但要通过几周的努力才能获得优化的工艺，并纺制出连续纤维。新方法缩短了纤维尺寸和和工艺时间，但却需要更多的手工操作。

在Advanced Materials上最新发表的一篇文章中，Pasquali和研究生Robby Headrick报道了这种通过取向、加捻获得头发状碳纳米管纤维的简单方法。

首先，Headrick制备出碳纳米管薄膜，在酸性溶液中溶解少量碳纳米管后，他将溶液置于两个载玻片之间。迅速错开两片载玻片，在剪切力的作用下，溶液中的数十亿根碳纳米管就会形成整齐的阵列。等到载玻片上形成薄膜，就可以将部分薄膜剥离下来捻成纤维。

Headrick介绍说：“当我进行剥离操作的时候，薄膜处于凝胶状态，这对获得完全致密的纤维尤为重要。在加捻过程中，纤维的横截面上仍有溶液存在，是‘湿’的；随后对纤维进行干燥处理时，纤维会在毛细管压力作用下变得致密、紧实。实验初期，Headrick对结果的重现性不满意，遂与其父一起设计了一个简易的装置，帮助紧贴在一起的载玻片发生相对滑动，使剪切过程更为可控。

干燥状态的碳纳米管纤维长约7cm，其导电性能与原方法制备的纺制长纤维相当。同时，这些纤维更加致密，其拉伸强度可达3.5 GPa，好于纺制长纤维。研究者预计，当碳纳米管纤维的长度达到单根碳纳米管管径的5万到7万倍时，其拉伸强度可达35-40 GPa，与单根碳纳米管的强度相当。

Headrick还说：“目前，我们可以对所有种类的碳纳米管进行相同的操作，并获得最佳的纤维结构和性能。”

Pasquali 表示，该操作过程获得的碳纳米管纤维再现了典型纺织纤维的高取向度和高致密度，虽然长度不长，但却足以进行强度和导电性测试。目前，该方法被用于实验室中新材料的快速制备，为工程放大建立了性能目标。我们可以提前知晓材料具有怎样的性能，而不像以前只能推断。这对于碳纳米管生产者尤为重要，他们可以根据快速实验反馈来调整反应条件、进行质量控制或测试不同种类样品的性能。

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