碳納米管的有序化已成為開發(fā)高性能碳納米管纖維的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。在此，基于界面鼓泡誘導(dǎo)碳納米管框架膨脹，開發(fā)了一種無損、多功能化策略。具體來講，先通過在酸溶液中激活電解過程，氫氣氣泡在碳納米管框架內(nèi)部產(chǎn)生并析出，導(dǎo)致很大程度且均勻的膨脹，橫向尺寸增加超過兩個(gè)數(shù)量級(jí)。研究發(fā)現(xiàn)，膨脹程度受液體壓力、氣泡表面張力和框架自身的限制力控制。在連續(xù)拉伸和致密化后，膨脹的碳納米管框架可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨扰帕泻椭旅芑睦w維，其拉伸強(qiáng)度高達(dá)5.18 GPa。它們可以作為多功能復(fù)合材料的優(yōu)良支架。在膨脹過程中通過原位浸漬聚乙二醇，可以獲得具有電熱轉(zhuǎn)換和相變儲(chǔ)能特性的穩(wěn)定復(fù)合纖維。
Figure 1. 電解誘導(dǎo)膨脹和加捻紡絲有效增強(qiáng)連續(xù)碳納米管纖維。(A)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。 (B，C)在圖(A)中標(biāo)記的四個(gè)階段的碳納米管帶/纖維的光學(xué)和掃描電鏡圖像。
Figure 2. 碳納米管纖維組件膨脹的機(jī)理分析。(A)H2氣泡析出，碳納米管纖維限制氣泡的力平衡模型，以及膨脹的碳納米管組件的示意圖。(B)掃描電鏡圖像顯示出大尺寸碳納米管纖維之間的間距變寬。(C、D)碳納米管纖維在膨脹致密化前后的微觀結(jié)構(gòu)比較。
Figure 3. 重構(gòu)對(duì)碳納米管纖維結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。(A，B)原始和重組的碳納米管纖維的堆積形態(tài)的比較。(C)在不同角度入射激光下獲得的歸一化G峰值強(qiáng)度。（D）纖維直徑和質(zhì)量密度的變化。(E-G)電流振幅對(duì)阻尼性能的影響。
Figure 4．碳納米管/聚乙二醇復(fù)合紗線的結(jié)構(gòu)、力學(xué)和熱性能。(A)碳納米管對(duì)聚乙二醇的緊密限制。(B)纖維斷裂后，聚乙二醇沒有從網(wǎng)絡(luò)中漏出。(C)熱重分析曲線。(D)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(E)差示掃描量熱曲線。(F)展示了碳納米管/聚乙二醇復(fù)合紗線的熱能儲(chǔ)存和釋放。
該研究工作由蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所Qingwen Li課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文：Interfacial-bubbling-induced nondestructive expansion to reconstruct superstrong and multifunctional carbon nanotube fibers。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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