【集萃網(wǎng)觀察】開(kāi)發(fā)將納米材料組裝成宏觀支架材料的方法是當(dāng)前納米技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。然而，即使碳納米管纖維具有優(yōu)越的性能，但制備方法的復(fù)雜性很大程度上阻礙了新材料的廣泛應(yīng)用。
近日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院Hyeon Su Jeong和Seung Min Kim以及首爾國(guó)立大學(xué)Chong Rae Park合作，證明了一種高效、連續(xù)的纖維紡絲方法用來(lái)生產(chǎn)高性能碳納米管（CNT）纖維(CNTF)的可行性。該研究成果以題為“Direct spinning and densification method for high-performance carbon nanotube fibers”發(fā)表在國(guó)際著名綜合學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上。
在這項(xiàng)工作中，研究人員提出了一種優(yōu)化的紡絲方法，結(jié)合濕法紡絲和直接紡絲兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，可以快速、連續(xù)地生產(chǎn)高度對(duì)準(zhǔn)和致密化的CNTFs。當(dāng)直接紡制的CNTF浸入氯磺酸（CSA）中時(shí)，CSA滲透并使CNT質(zhì)子化, CNTF膨脹。在此狀態(tài)下適當(dāng)拉伸CNTF可重新排列纏繞CNT以改善其在軸向上的對(duì)準(zhǔn)性。然后，當(dāng)CNTF浸入凝固浴中時(shí)，通過(guò)溶解性差驅(qū)動(dòng)的相分離，將CSA從排列良好的CNTF中擠出，以形成具有良好排列結(jié)構(gòu)的高填充CNTF。從合成碳納米管到制備高度致密、排列整齊的CNTFs，加工時(shí)間少于1 min。通過(guò)對(duì)直接紡絲條件的優(yōu)化，研究人員成功地制備了高取向和致密的碳納米管。新制備的碳納米管拉伸強(qiáng)度高達(dá)4.44 N/tex，比導(dǎo)電率高達(dá)2270 S□m2/kg。
初紡CNTF對(duì)CSA致密化過(guò)程的影響
這一工作清楚地表明，在適當(dāng)?shù)馁|(zhì)子化度(DOP)下優(yōu)化致密化工藝，以及改善初紡CNTFs的紡絲條件，對(duì)于獲得較高的致密化效率，改善碳納米管的性能至關(guān)重要。通過(guò)該方法制備出來(lái)的CNTFs具有質(zhì)量輕、抗拉伸、硬度大、導(dǎo)電性好以及高靈活性等優(yōu)點(diǎn)，它們適用于各類(lèi)高附加值的應(yīng)用。
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