超長碳納米管束拉伸強度秒殺所有纖維
2021-01-09 中國科學院2018-05-17 科技日報 劉霞
語音播報
記者5月16日從清華大學化工系魏飛教授團隊獲悉，該團隊與清華大學航天航空學院李喜德教授團隊合作，在超強碳納米管纖維領域取得重大突破——在世界上首次報導了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，其拉伸強度超越已知所有其他纖維材料。
碳納米管被認為是目前發現的最強的幾種材料之一，理論計算表明，其是目前唯一可能幫助我們實現太空電梯夢想的材料。然而，當單根碳納米管被製備成宏觀材料時，其性能往往「大打折扣」，遠低於理論值。
魏飛對記者解釋稱：「以前認為主要原因是碳納米管有缺陷，形成纖維的碳納米管長度較短，在拉力作用下易從缺陷處斷裂並極易相互滑移。」
而超長碳納米管的長度可達釐米級甚至分米級且具有完美結構，具有接近理論極限的力學性能，在製備超強纖維方面具有巨大優勢。據魏飛介紹，研究團隊採用氣流聚焦法，製備出了具有確定組成、結構完美且平行排列的釐米級連續超長碳納米管管束，然後另闢蹊徑，將管束的拉伸強度提高到80GPa以上，接近單根碳納米管的拉伸強度，並證明隨碳納米管根數增加，強度可以保持。
魏飛介紹稱，用這種製備超強碳納米管束的新方法，與該團隊的超長碳納米管的宏量製備方法結合，可研製出超長且超強碳納米管纖維，為下一代結構材料的產業化奠定基礎。超強纖維有望在大飛機、大型運載火箭、超級建築等多個領域大顯身手。
這項研究得到了國家自然科學基金委和國家重大研究發展計劃的資助，相關成果發表於日前出版的《自然·納米技術》在線版。
記者5月16日從清華大學化工系魏飛教授團隊獲悉，該團隊與清華大學航天航空學院李喜德教授團隊合作，在超強碳納米管纖維領域取得重大突破——在世界上首次報導了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，其拉伸強度超越已知所有其他纖維材料。
碳納米管被認為是目前發現的最強的幾種材料之一，理論計算表明，其是目前唯一可能幫助我們實現太空電梯夢想的材料。然而，當單根碳納米管被製備成宏觀材料時，其性能往往「大打折扣」，遠低於理論值。
魏飛對記者解釋稱：「以前認為主要原因是碳納米管有缺陷，形成纖維的碳納米管長度較短，在拉力作用下易從缺陷處斷裂並極易相互滑移。」
而超長碳納米管的長度可達釐米級甚至分米級且具有完美結構，具有接近理論極限的力學性能，在製備超強纖維方面具有巨大優勢。據魏飛介紹，研究團隊採用氣流聚焦法，製備出了具有確定組成、結構完美且平行排列的釐米級連續超長碳納米管管束，然後另闢蹊徑，將管束的拉伸強度提高到80GPa以上，接近單根碳納米管的拉伸強度，並證明隨碳納米管根數增加，強度可以保持。
魏飛介紹稱，用這種製備超強碳納米管束的新方法，與該團隊的超長碳納米管的宏量製備方法結合，可研製出超長且超強碳納米管纖維，為下一代結構材料的產業化奠定基礎。超強纖維有望在大飛機、大型運載火箭、超級建築等多個領域大顯身手。
這項研究得到了國家自然科學基金委和國家重大研究發展計劃的資助，相關成果發表於日前出版的《自然·納米技術》在線版。
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新材料 | 拉伸強度超過80GPa的超強碳納米纖維問世
主要原因是形成纖維的碳納米管均長度較短，單元體之間以範德華力相互搭接，在拉力作用下極易發生相互滑移，無法充分利用碳納米管的本徵高強度。此外，碳納米管內的結構缺陷和雜亂取向等都會導致纖維強度下降。 鑑於此，清華大學化工系魏飛教授團隊與清華大學航天航空學院李喜德教授團隊合作，研發了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束，其拉伸強度超越了目前發現的所有其它纖維材料。 -
世界首次:清華大學成功製備超長碳納米管管束
在國家重點研發計劃「納米科技」重點專項的支持下，清華大學魏飛教授團隊與李喜德教授團隊合作研究，在超強碳納米管纖維領域取得突破，在世界上首次報導了接近單根碳納米管理論強度的超長碳納米管管束的製備。 -
清華成果登《科學》:超長碳納米管耐疲勞性超所有已知材料
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《Carbon》：史上最強碳納米管纖維！強度超越凱夫拉
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碳納米管取得重大突破,超強纖維有望應用於各大科技領域
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清華《Science》重大突破：超耐疲勞的碳納米管
日前，清華大學化工系魏飛教授和張如範副教授團隊在碳納米管耐疲勞性能研究方面取得重大突破，首次以實驗形式測試了釐米級長度單根碳納米管的超耐疲勞性能。相關成果以「超耐久性的超長碳納米管」(Super-durable Ultralong Carbon Nanotubes)為題，於8月28日在線發表於國際頂級學術期刊《科學》（Science）上。 -
清華《Science》重大突破:超耐疲勞的碳納米管!
相關成果以「超耐久性的超長碳納米管」(Super-durable Ultralong Carbon Nanotubes)為題，於8月28日在線發表於國際頂級學術期刊《科學》（Science）上。碳納米管是典型的一維納米材料，也是目前已知的力學強度最高和韌性最好的材料，其宏觀強度和韌性均比目前廣泛使用的碳纖維和芳綸等材料高出一個數量級以上。然而，由於其小尺寸特性以及難以被測試的特點，單根碳納米管的疲勞行為以及疲勞破壞機制研究是該領域長期未能搞清楚的重大難題。 -
清華團隊碳納米管耐疲勞性能研究取得重大突破
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清華魏飛/張如範—超長碳納米管，具有超耐疲勞性能
碳納米管是典型的一維納米材料，也是目前已知的力學強度最高和韌性最好的材料，其宏觀強度和韌性均比目前廣泛使用的碳纖維和芳綸等材料高出一個數量級以上。然而，由於其小尺寸特性以及難以被測試的特點，單根碳納米管的疲勞行為以及疲勞破壞機制研究是該領域長期未能搞清楚的難題。由於疲勞可以在應力水平遠低於靜態斷裂強度的情況下發生，探究疲勞行為和潛在的破壞機制對於新材料的應用和長期可靠性評估具有重要意義。 -
清華化工系碳納米管團隊重大突破:發現碳納米管驚人的耐疲勞性能
碳納米管這一納米材料，發現於 20 世紀 90 年代，是由碳納米管以六元環形式組成的一維管狀結構納米材料，也是目前人類已知的力學性能最好的材料，它的強度和韌性都非常好，其強度大於 100GPa，楊氏模量大於 1TPa。 -
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今日Science: 清華魏飛/張如範—超長碳納米管，具有超耐疲勞性能
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中國制世界最長碳納米管 拉伸強度是鋼鐵276倍
近日，在北京市科委支持下，清華大學魏飛教授團隊成功製備出單根長度達半米以上的碳納米管，創造了新世界紀錄，這也是目前所有一維納米材料長度的最高值。相關內容近日在線發表在國際著名期刊《美國化學會納米》上。碳納米管是迄今發現的力學性能最好的材料之一，其單位質量上的拉伸強度是鋼鐵的276倍，遠遠超過其他材料。 -
重大突破：清華團隊首次發現碳納米管驚人的耐疲勞性能
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壓阻碳納米管嵌入式納米纖維傳感紗，用於可穿戴紡織品傳感器
本文要點：在製備方法上，首次採用簡易靜電紡絲技術，設計並製備了一種具有良好拉伸性能和機械穩定性的可拉伸壓阻碳納米管納米纖維傳感紗在材料和結構設計方面，通過將彈性壓阻型碳納米管（CNT）嵌入PU納米纖維包裹在可伸縮的纖維型芯電極上，成功地在纖維和紡織品基體上構建了精細的傳感微/納米結構和高效的導電網絡，實現了多模傳感能力。在傳感機理上，利用這種製備方法和先進的結構，製備的織物傳感器具有精細的層次結構，從一維宏觀紗線到亞微米彈性納米纖維，再到內部納米尺度的碳納米管滲流網絡。 -
中原工學院:碳納米管嵌入式納米纖維傳感紗,可穿戴紡織品傳感器
本文要點：在製備方法上，首次採用簡易靜電紡絲技術，設計並製備了一種具有良好拉伸性能和機械穩定性的可拉伸壓阻碳納米管納米纖維傳感紗，可方便地織成不同功能的可穿戴織物，應用於可穿戴電子產品和智能紡織品。在材料和結構設計方面，通過將彈性壓阻型碳納米管（CNT）嵌入PU納米纖維包裹在可伸縮的纖維型芯電極上，成功地在纖維和紡織品基體上構建了精細的傳感微/納米結構和高效的導電網絡，實現了多模傳感能力。在傳感機理上，利用這種製備方法和先進的結構，製備的織物傳感器具有精細的層次結構，從一維宏觀紗線到亞微米彈性納米纖維，再到內部納米尺度的碳納米管滲流網絡。 -
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強度超越芳綸的碳納米管纖維將成為新一代新型高強度纖維材料
雖然全球目前尚未形成碳納米纖維及其複合材料行業，但學術界普遍認為其將成為新一代新型高強度纖維材料。 據悉，研究者所製得的碳納米管纖維的楊氏模量為260GPa，平均斷裂伸長率為3.5%，抗拉強度為4.2GPa