超長碳納米管量産-tft每日頭條

超長碳納米管量産

生活更新时间:2024-10-05 16:14:22

從九十年代初被發現以來，碳納米管被譽為納米技術應用的“神奇材料”。這些微小的圓柱形結構隻具有幾納米的直徑，比頭發還細1000倍，但是單個碳納米管比鋼更堅硬，比銅導電性更強，并且比鋁還輕。

然而，很多次試驗證明用碳納米管來構建宏觀材料十分困難。這個挑戰源于組裝和編織碳納米管的難度，因為它們非常小，而且它們的幾何形狀很難控制。

受自然界發現的複合材料結構的啟發，伊利諾伊大學香槟分校的研究人員克服了這些困難，成功合成碳納米管（CNT）紡織品，它具有高導電性和50倍于銅薄膜的韌性。

香槟分校機械工程的助理教授Sameh Tawfick解釋說：“ 對齊的碳納米管片層應用廣泛，包括微機電系統（MEMS）、超級電容器電極、電纜、人造肌肉和各種多功能複合材料。”

超長碳納米管量産（從電子産品到智能皮膚）1

圖 │ 右上圖為碳納米管紡織物的壓強應力曲線。右下圖表顯示研究人員通過改變紡織品結構調整機械性能的能力，即強度（最大破壞力）和模量（抗拉伸性）

論文的作者，伊利諾伊大學香槟分校動力材料研究組的研究生Liang Yue說：“碳納米管（CNT）紡織品的斷裂能量的研究使我們設計出了這些性能優良的薄膜。據我們所知，這是首個對CNT紡織品斷裂能的研究。豎直生長的碳納米管是通過化學氣相沉積法制成的，從沉積在氧化矽襯底上的催化劑作用下，在5微米x10微米的片層上長出20-60微米高的平行納米管。

“自然界中骨頭、珍珠母、玻璃海綿和竹子中都常見有的交錯結構，受這些堅韌天然材料的啟發，碳納米管的催化劑也交錯着排列”，Liang補充說， “同時我們也要尋找方法将碳納米管整合在一起，受到5000年前古代埃及亞麻織物拼接工藝的啟發，我們嘗試了幾種機械方法，包括微軋和簡單的機械壓縮，來同時重新定向納米管。那麼最後，我們使用自驅動毛細管力将碳納米管裹在了一起”。

“這項工作結合了巧妙的實驗和建模，完成了非常精細的合成方法，”Tawfick說。 “柔性電子器件經受反複的彎曲和拉伸，這可能導緻各種機械故障。這種新型碳納米管紡織品可以用于智能紡織品，智能皮膚和各種柔性電子産品中。它們具有極高的韌性，可以代替薄金屬薄膜，極大提升器件的可靠性。”

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