物理科技生物学-PHYICA

团队水枝ゆい为工业制造高性能碳纳米管纤维

纳米技术 2022-05-14 23:58:04

莱斯大学的迈克·威廉姆斯 莱斯大学生产的纤维横截面包含数千万个碳纳米管

实验室不断改进其制造纤维的方法,测试显示纤维比凯夫拉尔纤维更强

信用:帕斯克利研究小组 莱斯大学制造的碳纳米管纤维现在比凯夫拉尔纤维更强,铜的导电性也在慢慢提高

化学和生物分子工程师马特奥·帕斯夸里的莱斯实验室在《碳》杂志上报道说,他们已经开发出了迄今为止最强、导电性最强的纤维,由长碳纳米管通过湿纺工艺制成

在由莱斯大学研究生劳伦·泰勒和奥利弗·杜威领导的新研究中,研究人员指出,湿纺碳纳米管纤维的强度和电导率每三年翻一番,这一趋势持续了近二十年,这可能会在许多医疗和材料应用中带来突破

虽然这可能永远不会模仿摩尔定律,摩尔定律几十年来为计算机芯片的进步树立了一个基准,但帕斯卡利和他的团队正在尽自己的一份力量推进他们首创的制造碳纳米管纤维的方法

该实验室的线状纤维横截面上有数千万个纳米管,正在研究将其用作修复受损心脏的桥梁、与大脑的电接口、耳蜗植入物、柔性天线以及汽车和航空航天应用

他们也是碳中心的一部分,碳中心是一个由赖斯在2019年发起的多大学研究项目,由壳牌、普睿司曼和三菱支持,旨在创造一个零排放的未来

“碳纳米管纤维长期以来一直被吹捧为具有潜在的优越性能,”帕斯卡利说

“赖斯和其他地方二十年的研究已经使这种潜力成为现实

现在,我们需要在全球范围内努力提高生产效率,这样这些材料就可以实现零二氧化碳排放,并有可能同时生产清洁的氢气

" “这篇论文的目的是提出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强度方面超过了凯夫拉尔,这对我们来说是一个非常大的成就

只要再增加一倍,我们就能超过市场上最强的纤维

" 柔性米纤维的拉伸强度为4

2千兆帕斯卡(GPa),而不是3

凯夫拉纤维6 GPa

纤维需要高结晶度的长纳米管;也就是说,碳原子环的规则阵列几乎没有缺陷

杜威说,莱斯工艺中使用的酸性溶液也有助于减少干扰纤维强度的杂质,并通过残留掺杂增强纳米管的金属性能

“纳米管的长度或纵横比是驱动我们纤维性能的决定性特征,”他说,并指出莱斯纤维中使用的12微米纳米管的表面积有助于更好的范德瓦尔斯键

“通过控制催化剂中金属杂质的数量和我们所说的无定形碳杂质,这也有助于生长纳米管的合作者优化溶液处理

" 研究人员说,纤维的导电性已经提高到10

每米9兆西门子(百万西门子)

“这是碳纳米管纤维第一次超过10兆西门子的阈值,所以我们已经实现了纳米管纤维的一个新的数量级,”杜威说

按重量标准化后,他说大米纤维的导电率达到了铜的80%

“但是我们正在超越铂丝,这对我们来说是一个巨大的成就,”泰勒说,“而且纤维的导热性比任何金属和任何合成纤维都好,除了沥青石墨纤维

" 杜威说,实验室的目标是使优质纤维的生产足够高效和廉价,以便被工业大规模采用

溶液加工在包括凯夫拉尔纤维在内的其他种类纤维的生产中很常见,因此工厂可以使用熟悉的工艺,而无需进行重大的改造

“我们方法的好处是它本质上是即插即用的,”他说

“它具有内在的可扩展性,符合合成纤维的生产方式

" 泰勒说:“有一种观点认为,碳纳米管永远无法获得人们几十年来一直鼓吹的所有特性。”

“但我们正逐年取得不错的收益

这并不容易,但我们仍然相信这项技术将改变世界

" 论文的共同作者是莱斯的校友罗伯特·海德里克;研究生夏目漱石小松和尼古拉斯马尔克斯佩拉卡;Geoff Wehmeyer,机械工程助理教授;和小泉纯一郎,卡尔

哈塞尔曼工程学教授,电子和计算机工程、物理和天文学、材料科学和纳米工程教授

帕斯克利是第一名

J

化学和生物分子工程、化学、材料科学和纳米工程教授

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