美国研发强度大/导电性强的碳纳米管纤维 可用于汽车/航空航天

据外媒报道，美国莱斯大学（Rice University）生产了一种碳纳米管纤维，比现有的芳香聚酰胺类合成纤维Kevlar的强度更高，而且还提升了导电率。莱斯大学化学和生物分子实验室工程师Matteo Pasquali表示，已经研发出迄今为止强度最大、导电性最强的纤维，而且通过采用湿法纺丝工艺由长碳纳米管制成。

（图片来源：莱斯大学）

在该项新研究中，研究人员指出，湿法纺丝制成的碳纳米管纤维可以给医疗和材料应用等带来突破。在碳纳米管纤维，有一种趋势持续了近二十年，即每三年此类纤维的强度和导电率都会翻一番。

虽然该趋势无法模仿摩尔定律（当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍），但研究人员一直在研发制造碳纳米管纤维的创新方法。在实验室中制造的线状纤维，在横截面上有数千万个纳米管，正被研究是否可用作修复受损心脏的支架、与大脑连接的电子接口、耳蜗植入物、柔性天线以及用于汽车和航空航天应用。

此外，该项研究也是“Carbon Hub”项目的一部分，该项目于2019年由莱斯大学发起，获得壳牌（Shell）、普睿司曼（Prysmian）和三菱公司的支持，目标是创建零排放的未来。

研究人员表示：“因具有优越性能，碳纳米管纤维一直非常受欢迎。莱斯大学等研究机构20年来都致力于研究此种纤维，现在，我们需要努力提高生产效率，让此种材料可以实现二氧化碳零排放，并同时生产出清洁的氢。”

莱斯大学研发的柔性纤维的抗拉强度为4.2 GPa，而Kevlar纤维的抗拉强度仅为3.6 GPa。此种纤维需要利用具有高结晶度的长纳米管制成，即需要几乎没有缺陷、排列规律的碳原子环制成。研究人员表示，在生产过程中加入酸性溶液，还可以减少干扰纤维强度的杂质，并可通过剩余掺杂来改善纳米管的金属性能。

“该纳米管的长度与宽高比是决定纤维性能的决定性特征，表面积达12微米的纳米管可实现更好的范德瓦尔斯力（分子间作用力）。此外，通过控制催化剂中的金属杂质（无定形碳杂质）的数量，也可以优化溶液处理，从而提升纤维性能。”

研究人员表示，该款纤维的导电率已经提高至1090万西门子/米，这也是碳纳米管纤维首次突破1000万西门子大关，让其达到一个新的数量级。按照重量来看，该款纤维的导电率约为铜的8%，而且研究人员正在努力使其超越铂丝。此外，除了沥青石墨纤维，该款纤维的导热性还比任何金属和合成纤维都好。

该实验室的目标是使生产优质纤维的效率提高，同时降低成本，以实现大规模生产。在生产Kevlar纤维等过程中，采用溶液解决方案非常常见，因此工厂可以采用熟悉的工艺，无需大规模改造设备，就可以生产此类纤维。