盖世汽车讯 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。

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

(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。

(责任编辑:季丽亚 HN003)

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