突破！碳纳米管纤维性能超铜，重量却减半

突破！碳纳米管纤维性能超铜，重量却减半

近日，沈阳材料科学国家实验室在碳纳米管纤维研究领域取得重大突破。研究人员通过创新的干喷湿纺技术，成功制备出具有破纪录导电率的碳纳米管纤维。这种新材料不仅导电率接近铜，还拥有极高的拉伸强度和耐用性，有望在航空航天领域带来革命性的变化。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘畅、侯鹏翔团队在碳纳米管纤维制备技术上实现了重大创新。他们通过优化湿法纺丝工艺，引入空气段对纺丝细流施加重力牵引，成功制备出高取向度（取向因子达到0.994）、高致密度（1.96 g cm-3）的双壁碳纳米管纤维。

测试结果显示，这种新型碳纳米管纤维的电导率高达1.1×107S m-1，载流量达到8.0×108A m-2，分别达到铜导线的86%和3倍。同时，它还具有优异的力学性能，抗拉强度达1.65 GPa，断裂韧性达130.9 MJ m-3。更值得一提的是，其比电导率和比电流容量分别为5.62×103S m2kg−1和4.09×105A m kg−1，且具有比铜更低的变温电阻系数，展现出更优的温度稳定性。

碳纳米管因其独特的物理性质，被视为未来航空航天材料的重要候选。这种新材料的问世，有望为航空航天领域带来以下革新：

结构材料：减轻重量，提高强度

碳纳米管纤维的密度仅为铜的一半左右，但强度却远超传统金属材料。将其应用于航空航天器的结构件制造，可以在保证强度的同时大幅减轻重量，从而降低燃料消耗并提高有效载荷。

上海航天的研究团队已经在这方面取得了重要进展。他们采用叠片粉末冶金与合金化方法，制备了质量分数为1.5%的CNT/2A12复合材料。经过特定时效条件处理后，这种复合材料的拉伸强度可达595 MPa，延伸率达14.0%，展现出优异的力学性能。

阻尼材料：改善振动环境

航空航天器在飞行过程中会经历恶劣的振动环境，这对精密设备的正常工作构成严峻考验。碳纳米管增强的铝基复合材料具有高阻尼性能，可以有效吸收振动能量，改善设备的工作环境。

研究显示，这种复合材料在0180℃时阻尼值保持在0.005左右，而在180300℃时阻尼值显著提高至0.05。重要的是，其阻尼性能受时效时间影响较小，表现出良好的温度稳定性。

导电材料：替代传统金属导线

在航空航天领域，电力传输系统的轻量化同样至关重要。新型碳纳米管纤维的高比电导率和优异温度稳定性，使其成为替代传统金属导线的理想选择。这不仅能减轻飞行器的重量，还能提高电力传输的效率和可靠性。

沈阳材料科学国家实验室的这一突破，不仅展示了我国在新材料领域的科研实力，更为未来的航空航天技术发展提供了新的可能。随着制备技术和工艺的不断进步，碳纳米管纤维有望在更多关键部件中得到应用，推动整个行业的技术革新。

可以预见，在不久的将来，我们可能会看到搭载碳纳米管复合材料的新型飞行器，它们将更轻、更强、更节能。这一突破不仅将为我国的航空航天事业注入新的动力，也将为全球高科技产业的发展开辟新的道路。