記者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——在世界上首次報道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厘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厘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》線上版.
