由碳纳米管到碳纳米管纤维的新突破：强度提高更柔韧

由数百万个单独的碳纳米管（CNT）组成的碳纳米管纤维具有表面积大，力学、电学和热学性质优异的特性，使得其被广泛应用于人造肌肉、超级电容器、电池和灵敏传感器等领域。但是目前的碳纳米管纤维有众多缺点：目前由干纺或湿纺得到的碳纳米管纤维中，相邻CNT之间的范德华力很弱，导致其甚至比单个CNT的机械性能更低；因为酸的质子化能力可以解纤维中的CNT并导致CNT纤维结构膨胀然后崩解，所以CNT纤维结构非常容易受到氯磺酸的侵蚀；CNT纤维的抗超声波性能也较差，其强烈的振动效应可以破坏聚集的CNT并将其分散到溶剂中；CNT本身在高温下容易被氧破坏。这些问题限制了CNT纤维的实际应用。

近日，中科院苏州纳米所的李清文等人利用超快焦耳加热张力退火法，制备出具有高度对齐和致密结构的坚固碳纳米管/碳（CNT / C）复合纤维。与普通CNT纤维相比，这种复合纤维的断裂负荷提高了320%，强度提高354％（2.3GPa），模量提高667％（60GPa）。而且，这种复合纤维密度低（1.48g / cm（3））且具有优异的柔韧性。相关研究成果以“Robust carbon nanotube composite fibers: Strong resistivities to protonation, oxidation, and ultrasonication”为题，发表在《Carbon》上。

通过浮动催化化学气相沉积制备的CNT纤维通过聚丙烯腈（PAN）溶液渗透，然后在氩气中可编程拉伸退火10秒。 这种短的过程碳化渗透的PAN，导致CNT / C纤维的形成，其中CNT通过热解碳键合。通过超快焦耳加热连续合成高强度CNT / C复合纤维，其具有高度对齐的致密结构和优异的耐极端环境（如强酸，超声波和高温氧化）性。因为具有轻质，优异的柔韧性以及缝合能力和能够大规模生产的特点，所生产的CNT / C纤维在航空航天和军事领域具有应用前景。

DOI:10.1016/j.compositesb.2018.12.047

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