中国科学家研发新型碳纳米管纤维，性能媲美铜导线且重量仅为其四分之一

中国科学家研发新型碳纳米管纤维，性能媲美铜导线且重量仅为其四分之一

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中国科学院

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来源

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http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/202407/t20240724_7235029.html

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https://xincailiao.ofweek.com/news/2024-07/ART-180423-8420-30641874.html

近日，中国科学家在碳纳米管纤维研究领域取得重大突破。中国科学院金属研究所刘畅、侯鹏翔团队通过改进“干喷湿纺”工艺，成功制备出具有超高电导率的碳纳米管纤维，其性能接近铜导线，但重量却仅为铜的四分之一。这一突破性成果有望在航空航天、电力电子等领域引发革命性变革。

研究团队在碳纳米管纤维湿纺工艺中引入空气段，对双壁碳纳米管纺丝细流施加重力牵引，以提高纤维的定向性和密实度。同时，通过优化界面结构和结合力，制备出核壳结构单壁碳纳米管-铜复合纤维。这种创新工艺避免了传统方法中常见的“皮芯结构”，实现了碳纳米管的高取向度（0.994）和高致密度（1.96 g cm-3）。

测试结果显示，这种新型碳纳米管纤维的电导率达到1.1×107S m-1，载流量高达8.0×108A m-2，抗拉强度达到1.65 GPa，断裂韧性达到130.9 MJ m-3。尤为重要的是，其比电导率和比电流容量分别是铜导线的86%和3倍，同时具有比铜更低的变温电阻系数。

这种高性能碳纳米管纤维在航天领域的应用前景尤为广阔。首先，其超轻质特性（密度仅为铜的1/4）能够显著减轻航天器的重量，从而提升运载能力和降低发射成本。其次，其优异的导电性能和机械强度使其成为理想的空间站电力传输材料和电磁屏蔽材料。此外，通过与铝合金等材料复合，可以开发出兼具高刚度、高塑性、高阻尼、耐高温等特性的新型结构材料，进一步提升航天器的性能。

在碳纳米管研究领域，中国科学家已经走在了世界前列。此次突破不仅展示了中国在新材料领域的创新能力，也为全球科技发展贡献了中国智慧。随着技术的不断完善和生产规模的扩大，碳纳米管纤维有望在未来几年内成为主流材料，进一步推动全球科技进步。

这一突破性成果发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上，标志着中国在碳纳米管纤维研究领域达到了新的高度。随着技术的不断成熟和应用领域的拓展，这种新型材料有望在更多高科技领域发挥重要作用，为人类探索太空、发展清洁能源等提供强有力的技术支撑。