团队为工业提供高性能碳纳米管纤维

赫连翰凡
导读 莱斯大学生产的碳纳米管纤维现在比凯夫拉纤维强度更大,铜的导电性越来越小。而化学和分子工程利玛窦在帕斯夸里的莱斯实验室在帕利斯大学生

莱斯大学生产的碳纳米管纤维现在比凯夫拉纤维强度更大,铜的导电性越来越小。而化学和分子工程利玛窦在帕斯夸里的莱斯实验室在帕利斯大学生产了碳纳米管纤维,这种纤维现在比凯夫拉尔纤维更强,铜的导电性也越来越小。和化学分子工程利玛窦(Matteo Ricci)在帕斯夸里(Pasquali)的水稻实验室报告称,碳已经开发出最强大和导电的纤维,这种纤维是由长碳纳米管通过湿纺工艺制成的。

在这项由莱斯大学研究生劳伦泰勒(Lauren Taylor)和奥利弗杜威(Oliver Dewey)领导的新研究中,研究人员指出,湿纺碳纳米管纤维可能导致许多医疗和材料应用的突破,其强度和电导率每三年翻一番,这一趋势跨越了近二十年。

虽然这可能永远无法模仿几十年来为计算机芯片的发展树立了标杆的摩尔定律,但Pasquali和他的团队正在尽最大努力推广他们首创的制造碳纳米管纤维的方法。

实验室里的线状纤维横截面是几千万纳米,目前正在研究。它们被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Rice在2019年发起的多大学研究项目Carbon Hub的一部分,该项目在壳牌、普睿司曼和三菱的支持下创造了零排放的未来。

Pasquali说,“碳纳米管纤维长期以来一直因其潜在的优越性能而受到吹捧。”“20年来在水稻和其他领域的研究使这一潜力得以实现。现在,我们需要全球努力提高生产效率,以便这些材料可以在二氧化碳零排放的情况下制造,同时有可能生产出清洁的氢气。”

泰勒说,“这篇论文的目的是提出我们实验室生产的纤维的记录性能。”“这些改进意味着我们的强度现在已经超过了凯夫拉纤维,这对我们来说是一个巨大的成就。再翻一倍,我们就超过市面上最强的纤维。”

柔性大米纤维的拉伸强度为4.2吉帕斯卡(GPa),而凯夫拉纤维的拉伸强度为3.6 GPa。纤维需要具有高结晶度的长纳米管。也就是说,碳环的规则排列几乎没有缺陷。杜威说,大米加工中使用的酸性溶液也有助于减少可能干扰纤维强度的杂质,并通过残余掺杂增强纳米管的金属性能。

他说:“纳米管的长度或纵横比是决定我们纤维性能的决定性特征。”他指出,大米纤维中使用的12微米纳米管的表面积有助于更好的范德华结合。“这也有助于控制纳米管生长的纳米管合作者通过控制催化剂中金属杂质和所谓的无定形碳杂质的量来优化溶液处理。”

研究人员表示,这种纤维的电导率已经增加到每米10.9万亿西门子(百万西门子)。杜威说,“这是碳纳米管纤维首次超过10万亿西门子的门槛,因此我们将纳米管纤维的量级提升到了一个新的量级。”他说,按重量归一化后,大米纤维的铜导电率可以达到80%左右。

泰勒说,“但我们正在超越铂丝,这对我们来说是一项重大成就,而且纤维沥青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,实验室的目标是使高效纤维的生产既高效又便宜,足以大规模工业化采用。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大量的重新装备。

他说,“我们方法的优点是它实际上是即插即用的。”"它具有固有的可扩展性,并且与合成纤维的制造方法相匹配."

泰勒说,“有一种观念认为,碳纳米管永远无法获得人们炒作了几十年的所有特性。”“但我们每年都取得丰硕的成果。这并不容易,但我们仍然坚信这项技术将改变世界。”

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