我國科學家在*碳納米管纖維領域取得重要突破

來源：科技部

碳納米管被認為是目前人類（lèi）發現的（de）強度zui高的幾種（zhǒng）材料之一（yī），其（qí）楊氏模量高達1 TPa以上，拉伸強（qiáng）度高達100 GPa以上（比（bǐ）強度更是高達（dá）62.5 GPa/(g/cm3)），超過T1000碳纖維強度10倍以上。理論（lùn）計算表明，碳納米管是目前有可能幫助我們實現太空電梯夢想的（de）材料。如何將一根根碳納米管組裝（zhuāng）後仍保持其單根的優異力學性能是製備*纖維必須首先解決（jué）的（de）問題。然（rán）而，目前已報道的碳納米（mǐ）管纖維的強度隻（zhī）有0.5~8.8 GPa，遠低於碳納（nà）米管理（lǐ）論強度（>100 GPa）。主要原因是形成纖維的碳納米管長度較短，單元體之間以範德華力相互搭（dā）接（jiē），在（zài）拉力作用下（xià）極易發生相（xiàng）互滑移，無法充分利用碳（tàn）納米管固有的（de）本征高強（qiáng）度（dù）。此外，碳納（nà）米管內（nèi）的結構缺陷、雜亂的取向等都會導致纖維強度的下降。相比之下，超（chāo）長碳納米管具有厘米甚至分米以上的（de）長（zhǎng）度並且具有的結構、一致（zhì）的取向和接近理論極限的力學性能（néng），在製備*纖維方麵具（jù）有巨大的優勢。

在（zài）國家重點研發計劃“納米科技”重點（diǎn）專項的支持下，清華大學魏飛（fēi）教授團隊與李喜德教授團隊合作研究，在*碳納米管纖維（wéi）領域取（qǔ）得突（tū）破，在世界上報道了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束的製備。研究團隊通過（guò）采用原位氣流聚焦的方法，可控地製備（bèi）了具有確定（dìng）組成、結構且平行排列的厘米級（jí）連續超長碳納米管管束，巧妙避（bì）免了上述的限製因素（sù）。通過製備含有不同數量單元的超長碳納米管管束，定量分析其（qí）組成和結（jié）構對超長碳納米管管束（shù）力學性能的影響，建立了確定的物理（lǐ）/數學模型。提出了一種“同步張弛”的策略，通過納米操縱來釋放管束中碳納米管的初（chū）始應力，使其處於一個較窄的（de）分布範圍，進而可將碳納米管管（guǎn）束的拉伸強度提高到（dào）80 GPa以（yǐ）上，接近單根（gēn）碳納米管的拉伸強（qiáng）度（dù）。所（suǒ）報道的超長碳（tàn）納米管管束拉（lā）伸強度優於目前發現的所有其他纖維材料。這（zhè）項工作揭示了超（chāo）長碳納米管用於製造*纖維（wéi）的光明（míng）前景，同時為發展新型*纖維指明（míng）了方向和方法。相關成果於2018年5月14日在線發表於《自然—納米技術》(Nature Nanotechnology)上。

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