新方法可以从纳米管中制造出抗拉强度极高的导电纤维
莱斯大学（Rice University）的研究生罗比•黑德里克（Robby Headrick）从一张玻璃片上剥下的一排排碳纳米管。图片由Jeff Fitlow / 莱斯大学提供
“手工”和“高科技”这两个词在同一个句子中并不常见，但它们都适用于一种快速产生碳纳米管纤维的新方法。这种新方法由莱斯大学化学家Matteo Pasquali的实验室开发，该方法使研究人员能够在大约一个小时内从大量纳米管小样本中制造出短的强导电纤维。
这项研究补充了Pasquali教授2013年提出的开创性方法，该方法可用于航空航天、汽车、医疗和智能服装应用中的纳米管纤维全线纺丝纺纱中。这种纤维看起来像棉线，但性能表现上却像金属丝和碳纤维。人们通常需要花费大量的材料和数周的时间来优化连续纤维的纺纱工艺，但是这种新方法可以将尺寸缩小，即便它需要一些手工处理。
在《Advanced Materials》上发表的一篇论文中，Pasquali教授和主要作者以及研究生Robby Headrick报告说，对齐和扭曲头发般细小的纤维相当简单。
首先，Headrick制造出纳米管薄膜。然后将少量纳米管溶解在酸中，并将溶液置于两块载玻片之间。接着将载玻片快速移过彼此，产生剪切力，促使溶液中的数十亿纳米管排列整齐。一旦产生的薄膜沉积在玻璃上，他就可以剥离出一部分并将其卷成纤维。
Headrick说：“剥离薄膜时，薄膜处于凝胶状态，这对获得完全致密的纤维非常重要。在整个横截面上，当它被弄湿后又被干燥时，产生的毛细管压力会使它更加密实。”
Headrick对他最初实验的可重复性并不满意，便与他的父亲Robert（一名业余木工）一起讨论他的重复性工艺。他的父亲很快就想出了一个既能承载载玻片又能控制剪切过程的简单设备。
干燥后的纳米管纤维长约7cm，其导电性能相当于原始纺丝方法产生的长纤维。此外，这些纤维更致密，抗拉强度高达3.5 GPa，明显优于纺出的纤维。研究人员预计，当纳米管的长度是其宽度的5万到7万倍时可以产生强度高达35-40GPa的纤维，相当于单个碳纳米管的强度。
“我们可以用完全相同的方式处理各种纳米管，以获得最佳的纤维结构和性能，”Headrick说。“它加快了速度，使我们只能够探索少量可用的纳米管。”
Pasquali教授表示，该工艺复制了纺丝生产的典型纤维的高纳米管排列和高堆积密度，但其尺寸足以进行强度和电导率测试。
“我们现在把这个作为一个快速的实验室测试来评估新材料，并为大规模生产的方法创造目标性能。”Pasquali说道。“我们会事先知道材料可以提供什么，而之前我们只能推断这一点，对于那些想要改变反应器条件，给他们快速反馈或质量控制的碳纳米管生产商来说，这一点尤其重要。对于已经通过金属与半导体类型，甚至螺旋性进行分类的样品进行测试也十分重要。”
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