日本开发新型碳纳米管复合材料，中国实现电导率重大突破

日本开发新型碳纳米管复合材料，中国实现电导率重大突破

近日，日本Nitta公司与中国科学家在碳纳米管技术领域分别取得重要突破，为这一前沿材料的未来发展注入新动力。

日本Nitta公司在其第一代碳纳米管复合碳纤维技术（Namd™）的基础上，成功开发出第二代产品（2G-Namd™）。这种新技术通过控制碳纳米管的成膜，使其能够应用于多种工业制造方法，包括拉挤成型、纤维缠绕成型和VaRTM成型等。与第一代产品相比，第二代技术的主要优势在于提高了疲劳耐久性，并且通过将碳纳米管均匀附着在碳纤维表面，显著提升了界面粘合力，从而产生强大的弯曲力和快速恢复力。

Nitta公司计划在2025年获得航空航天质量管理（AS9100）认证，这表明其技术已经具备向高可靠性领域拓展的能力。事实上，Nitta公司的第一代技术自2017年开发以来，已经在体育用品领域得到广泛应用，如与尤尼克斯合作开发的羽毛球拍、网球拍和高尔夫球杆等。这些产品利用了碳纳米管的高强度和轻质特性，为运动员提供了更好的性能体验。

在中国，中科院金属研究所的研究团队在碳纳米管纤维制备技术上取得了重大进展。他们首次在湿法纺丝工艺中引入空气段，成功解决了限制碳纳米管纤维性能的“皮芯结构”问题。这种创新工艺制备出的双壁碳纳米管纤维，其电导率达到了1.1×107 S m-1，比铜导线高出86%。这一突破不仅提升了纤维的电学性能，还使其在轻质高强电缆领域展现出广阔的应用前景。

研究团队通过优化纺丝工艺，提高了碳纳米管纤维的取向度和密实度，从而大幅提升了其力学性能。实验结果显示，新型碳纳米管纤维的拉伸强度和断裂韧性分别提升了1.8倍和2.5倍，达到1.65 GPa和130.9 MJ m-3。此外，该纤维在电加热性能方面也表现出色，在1 V电压下，其性能优于传统钨铼丝，有望在航空航天领域作为轻质电加热元件使用。

这些技术突破为碳纳米管在航空航天和新能源领域的应用开辟了新的可能性。Nitta公司的技术已经展示了在体育用品领域的成功应用，而其向航空航天领域的拓展将进一步推动轻质、高强度材料的发展。中国科学家的研究成果则为开发更轻便、高效的电缆提供了新的解决方案，这对于减轻航空航天器的重量、提高能效具有重要意义。

在新能源领域，碳纳米管的高导电性和热稳定性使其成为制备高性能电池和超级电容器的理想材料。随着制备技术的不断进步，碳纳米管有望在提升能源存储和转换效率方面发挥更大作用。

在全球碳纳米管技术的竞争格局中，中日两国均展现出强劲实力。日本在碳纳米管复合材料领域持续领跑，而中国则在碳纳米管粉体生产方面实现了规模化，全球市场份额占比高达73%。中国企业如天奈科技、三顺纳米和青岛昊鑫等已成为行业重要参与者。

随着中日两国在碳纳米管技术领域的持续创新，未来有望看到更多突破性应用的出现。这些创新不仅将推动材料科学的进步，还将为航空航天、新能源等战略性产业的发展提供重要支撑。