該項(xiàng)工作是對(duì)Pasquali于2013年開發(fā)的納米碳管紡絲成纖方法的進(jìn)一步補(bǔ)充和完善，該纖維能夠應(yīng)用于航空航天、汽車制造、醫(yī)療和智能服裝等應(yīng)用領(lǐng)域。該纖維貌似棉纖，卻具有類似于金屬絲和碳纖維的出眾性能。原方法僅需要幾克材料，但要通過(guò)幾周的努力才能獲得優(yōu)化的工藝，并紡制出連續(xù)纖維。新方法縮短了纖維尺寸和和工藝時(shí)間，但卻需要更多的手工操作。

 

       在Advanced Materials上最新發(fā)表的一篇文章中，Pasquali和研究生Robby Headrick報(bào)道了這種通過(guò)取向、加捻獲得頭發(fā)狀碳納米管纖維的簡(jiǎn)單方法。

 

       首先，Headrick制備出碳納米管薄膜，在酸性溶液中溶解少量碳納米管后，他將溶液置于兩個(gè)載玻片之間。迅速錯(cuò)開兩片載玻片，在剪切力的作用下，溶液中的數(shù)十億根碳納米管就會(huì)形成整齊的陣列。等到載玻片上形成薄膜，就可以將部分薄膜剝離下來(lái)捻成纖維。

 

       Headrick介紹說(shuō)：“當(dāng)我進(jìn)行剝離操作的時(shí)候，薄膜處于凝膠狀態(tài)，這對(duì)獲得完全致密的纖維尤為重要。在加捻過(guò)程中，纖維的橫截面上仍有溶液存在，是‘濕’的；隨后對(duì)纖維進(jìn)行干燥處理時(shí)，纖維會(huì)在毛細(xì)管壓力作用下變得致密、緊實(shí)。實(shí)驗(yàn)初期，Headrick對(duì)結(jié)果的重現(xiàn)性不滿意，遂與其父一起設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的裝置，幫助緊貼在一起的載玻片發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，使剪切過(guò)程更為可控。

 

       干燥狀態(tài)的碳納米管纖維長(zhǎng)約7cm，其導(dǎo)電性能與原方法制備的紡制長(zhǎng)纖維相當(dāng)。同時(shí)，這些纖維更加致密，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)3.5 GPa，好于紡制長(zhǎng)纖維。研究者預(yù)計(jì)，當(dāng)碳納米管纖維的長(zhǎng)度達(dá)到單根碳納米管管徑的5萬(wàn)到7萬(wàn)倍時(shí)，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)35-40 GPa，與單根碳納米管的強(qiáng)度相當(dāng)。

 

 

       Headrick還說(shuō)：“目前，我們可以對(duì)所有種類的碳納米管進(jìn)行相同的操作，并獲得最佳的纖維結(jié)構(gòu)和性能。”

 

       Pasquali 表示，該操作過(guò)程獲得的碳納米管纖維再現(xiàn)了典型紡織纖維的高取向度和高致密度，雖然長(zhǎng)度不長(zhǎng)，但卻足以進(jìn)行強(qiáng)度和導(dǎo)電性測(cè)試。目前，該方法被用于實(shí)驗(yàn)室中新材料的快速制備，為工程放大建立了性能目標(biāo)。我們可以提前知曉材料具有怎樣的性能，而不像以前只能推斷。這對(duì)于碳納米管生產(chǎn)者尤為重要，他們可以根據(jù)快速實(shí)驗(yàn)反饋來(lái)調(diào)整反應(yīng)條件、進(jìn)行質(zhì)量控制或測(cè)試不同種類樣品的性能。