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碳纳米管纤维如何变得更强大

湿纺碳纳米管纤维的强度和电导率翻了一倍,这可能导致一系列医疗和材料应用中的突破。

迈克威廉姆斯 2020年8月17日
在稻米大学生产的纤维的横截面含有数千万碳纳米管。该实验室不断提高其制造纤维的方法,该纤维现在比Kevlar更强大。礼貌:Pasquali研究小组/赖斯大学

在稻米大学制造的碳纳米管纤维现在比Kevlar更强大,并在铜的电导率上升高。

化学和生物分子工程利玛窦帕斯夸利的水稻实验室已经开发出了最强大,最导电纤维的是,通过湿法纺丝工艺制造长尺寸的碳纳米管。

在由大米研究生Lauren Taylor和Oliver Dewey领导的新研究中,研究人员指出,湿式纺丝碳纳米管纤维,这可能导致在一系列医疗和材料应用中突破,每三年都会增加一次强度和电导率,跨越近二十年的趋势。

虽然这可能永远不会模仿Moore的法律,但为计算机芯片的进步设定了一个数十年来的基准,帕萨齐和他的团队正在进行他们开创他们开创性的方法以制造碳纳米管纤维的方法。

实验室的螺纹纤维,横截面中的数千万纳米管,用于使用桥梁来修复受损的心脏,作为大脑的电气接口,用于耳蜗植入物,作为柔性天线和汽车和航空航天应用。

他们也是碳枢纽的一部分,是2019年推出的多个人研究倡议,由米饭,支持贝壳,普罗士士和三菱的支持,以创造零排放的未来。

“碳纳米管纤维长期以来一直吹捧其潜在的优势性质,”Pasquali说。“在米饭和其他地方的二十年的研究已经使这潜在的现实。现在,我们需要全球努力提高生产效率,因此这些材料可以用零二氧化碳排放和潜在的清洁氢生产。“

“本文的目标是提出了我们实验室生产的纤维的记录性质,”泰勒说。“这些改进意味着我们现在在力量方面超过了Kevlar,这对我们来说是一个非常重要的成就。只需另外一倍,我们将超越市场上最强大的纤维。“

柔性米纤维的拉伸强度为4.2只千兆卡斯卡(GPA),而Kevlar纤维的3.6GPa相比。纤维需要具有高结晶度的长纳米管;也就是说,常规的碳原子环围绕着几种缺陷。Dewey说,水稻工艺中使用的酸性溶液还有助于减少可能干扰纤维强度并通过残留掺杂增强纳米管的金属性能的杂质。

“长度或纵横比,纳米管的定义特性是驱动我们纤维中的性质的限定特性,”他说,注意到水稻纤维中使用的12微米纳米管的表面积有助于更好的范德瓦尔斯键。“它还有助于通过控制来自催化剂的金属杂质数以及我们称之为无定形碳杂质,优化纳米管的合作者优化解决方案处理。”

研究人员表示,每米的纤维的电导率有所改善为10.9兆兆门(百万西门子)。“这是第一次碳纳米管纤维通过了10兆兆门的阈值,因此我们已经为纳米管纤维实现了新的数量级,”杜威说。他说,米纤维的重量归一化,达到铜电导率的约80%。

“但我们超越了铂金线,这对我们来说是一个很大的成就,”泰勒说,“并且纤维导热率优于任何金属和任何合成纤维,除了音高石墨纤维。”

杜威说,实验室的目标是使生产高效且廉价的高效且廉价,以便在大规模中纳入大规模。解决方案加工在其他种类的纤维的生产中是常见的,包括Kevlar,因此工厂可以使用熟悉的过程而无需重叠。

“我们方法的好处是它基本上是即插即用的,”他说。“本质上是可扩展的,并配合合成纤维已经制作的方式。”

“有一个概念,碳纳米管永远不会能够获得几十年来人们现在患上的所有物业,”泰勒说。“但我们越来越好了。这并不容易,但我们仍然相信这项技术将改变世界。“

- 由Chris Vavra,Associate Editor编辑,控制工程,CFE媒体和技术,cvavra@cfemedia.com.


迈克威廉姆斯
作者生物:Mike Williams是大米大学公共事务办公室的高级媒体关系专家。