
扫描电子显微镜下的纤维表面图
自1991年日本科学家发现碳纳米管,次年科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性以来,碳纳米材料一直是科研热门和前沿领域之一。
现在,碳纳米管研究又传捷报———科学家已经可以用它纺线并制作出布料!
美国德克萨斯大学达拉斯分校的纳米技术研究所最近纺出了碳纳米管超强纤维,它比钢丝或蜘蛛丝更结实,同时可以导电,科学家还用这种纳米线织出了碳纳米管布料。碳纳米材料的这一新发展使人们有可能在不远的将来利用碳纳米管纺线织布,裁剪缝制出可以穿在身上的“聪明”衣服。据悉,研究人员还用这种布料制成性能极佳的超级电容器。
据碳纳米管纤维研究小组负责人雷·鲍曼介绍,他们将直径只有1纳米(1米的十亿分之一)的超强碳纳米管作为主要成分之一,纺出了碳纳米管合成纤维,它具有的电学性能极具应用价值,有可能用它纺织裁制出“聪明”服,充当电池和传感器,用在军事领域。未来为军用计算机提供电能的将是军人身着的这种“聪明”服,而不是随身携带沉重的电池。同时,由于这种“聪明”服能充当传感器,因此它可以帮助指挥官了解战场条件和情况。
德克萨斯大学达拉斯分校的研究小组以每分钟70厘米以上的速度在生产碳纳米管纤维,目前纺出的纤维长度大约100米。碳纳米管纤维的强度与最结实的蜘蛛丝相同,但受震时的黏附韧度比蜘蛛丝高出3倍。同时,比美国军队现在使用的、高强度的凯夫拉合成纤维制造的防护材料还要强17倍。即使是在大学中从事纳米技术研究的人员,他们对自己纺出的这种新型纤维所表现出的强度和韧性都感到惊讶。
3年前,法国保罗·帕斯卡研究中心便提出了纺织制作碳纳米管纤维的可能性,在此基础上,鲍曼的研究小组开发出了碳纳米管纤维制作步骤:首先,将数百万根微小的碳纳米管与聚乙烯醇均匀混合在一起,制成凝胶状;然后,经过纺织和烘干工序,将这种凝胶纺成柔软的碳纳米管长纤维;接着,再将制成的纤维放入盛有聚乙烯醇溶液的容器,制成直径约为50μm的碳纳米管/聚乙烯醇(SWCNT/PVA)复合纤维,其中约含60%的碳纳米管;最后,他们尝试将这种纤维织成布。
此外,科学家先将纤维放入聚乙烯醇/磷酸混合水溶液中进行表面涂层处理,织成布后再次进行表面涂层处理,制作出了超级电容器。
法国保罗·帕斯卡研究中心碳纳米管纤维研制小组负责人菲利普·泡林指出,碳纳米管纤维特有的电学特性使它与其他纺织物区别开来。他评价美国同行的这项最新成果时说,“这项最新成果给人以非常深刻的印象,是个非常好的消息,”它增强了纳米技术研究人员开发出新型纳米纤维的信心。他们坚信自己将开发出远比纺织技术所能提供的,机械性能更多的碳纳米管纤维。美国麻省理工学院军用纳米科技研究所所长埃德文·托马斯等科学家都对这项成果给予了很高评价,表示期待今后在市场上推广该成果。
科学家认为,碳纳米管的应用十分广泛,它将开创微型机器和微型电子设施的全新时代。