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我国碳纳米管纤维研究获重大突破
2018/05/21 点击 1023 次

中国粉体网讯  清华大学化工系魏飞教授团队与清华大学航天航空学院李喜德教授团队合作,在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束,其拉伸强度超越目前发现的所有其他纤维材料。相关成果以《拉伸强度超过80GPa的碳纳米管管束》为题,于5月14日在线发表于纳米领域国际顶级学术期刊《自然·纳米技术》。


魏飞表示,研究团队采用气流聚焦法,制备出了具有确定组成、结构完美且平行排列的厘米级连续超长碳纳米管管束,并将管束拉伸强度提高到80GPa以上,接近单根碳纳米管的拉伸强度,且证明了随碳纳米管根数增加,强度可以保持。


“我们将超长碳纳米管一根一根排列起来,运用特殊方法形成相应的结构、形状,并证明以此合成的宏观纤维,可维持碳纳米管的强度不变。”魏飞对中国化工报记者说,用这种制备超强碳纳米管束的新方法,与超长碳纳米管的宏量制备方法结合,可研制出超长且超强碳纳米管纤维,这种材料比一般的碳纤维材料强度高了1个数量级。


魏飞指出,这项工作揭示了超长碳纳米管用于制造超强纤维的光明前景,同时为发展新型超强纤维指明了方向和方法。目前,研究虽然还处于偏基础状态,但研究团队跨越了理论,制造出了宏观纤维,这有助于改进目前具有一定生产规模的超强材料,同时也为未来超强材料的大量制备奠定了良好基础。而超强纤维有望在大飞机、大型运载火箭、超级建筑等多个领域大显身手。


《自然·纳米技术》审稿人评价说:“论文作者取得了一个具有里程碑意义的突破性进展,在世界上首次报道了接近单根碳纳米管强度的碳纳米管管束。这项工作具有极其深远的影响力,它无疑会引起世界范围内的广泛关注。”


据魏飞介绍,碳纳米管被认为是目前已发现的几种最强的材料之一,但当单根力学性能优异的碳纳米管制备成宏观材料时,其性能往往大打折扣,远低于理论值。原因是碳纳米管长度较短,形成宏观纤维后在拉力作用下易从缺陷处断裂并极易相互滑移,导致整体强度下降。超长碳纳米管的长度可达厘米级甚至分米级且具有完美结构,拥有接近理论极限的力学性能,在制备超强纤维方面具有无可比拟的优势。


该研究工作得到国家自然科学基金委员会和国家重大研究发展计划资助。粉体网编辑整理/橙子


(来源:中国化工报)


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