中国科学家突破碳纳米管纤维制备技术，性能超铜86%
中国科学家突破碳纳米管纤维制备技术，性能超铜86%
近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心传来好消息：该所刘畅、侯鹏翔团队在碳纳米管纤维研究领域取得重大突破。通过改进湿法纺丝工艺，他们成功制备出具有超高电导率和强度的碳纳米管纤维，这一成果有望为航空航天、电力电子等领域带来革命性变化。
碳纳米管是一种具有独特结构的纳米材料，由单层或多层次的石墨烯片卷曲而成，直径仅为纳米级，长度可达微米级。这种材料具有极高的电导率（108 S•m-1）、热导率（3000 W•(m•K)-1）以及优异的力学性能，抗拉强度可达200 GPa，是钢的100倍，而密度仅为钢的1/6。
然而，将纳米尺度的碳纳米管组装成宏观尺度的纤维，并保持其优异性能，一直是科研人员面临的重大挑战。中国科学院金属研究所团队通过创新的“干喷湿纺”工艺，成功突破这一技术瓶颈。
在最新研究中，团队在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，他们还优化了界面结构和结合力，制备出核壳结构的单壁碳纳米管-铜复合纤维。这些改进措施使得制备的碳纳米管纤维具有以下卓越性能：
- 电导率达1.1×107 S m-1
- 载流量达8.0×108 A m-2
- 抗拉强度达1.65 GPa
- 比电导率和比电流容量分别是铜导线的86%和3倍
- 变温电阻系数低于铜
这些性能指标不仅远超现有商用碳纤维和金属导线，更达到了前所未有的水平。例如，其电导率比已有报道提高了32%，比铜导线高出86%，而载流量更是铜导线的3倍。此外，该纤维在-196度至150度的热震循环测试中表现出优异的稳定性，电阻变化小于30%。
这一突破性成果将为多个高科技领域带来深远影响。在航空航天领域，这种高性能碳纳米管纤维有望替代传统金属导线，不仅减轻飞行器重量，还能提高其电气性能和可靠性。在电力电子领域，其高电导率和优异的温度稳定性使其成为理想的新一代导电材料。
然而，要将这一科研成果转化为实际应用，仍需克服一些挑战。例如，如何实现大规模稳定生产，如何进一步优化性能以满足不同应用场景的需求，以及如何加强产业链上下游的协同合作等。此外，碳纳米管纤维的制备工艺仍需不断优化，以降低成本，提高性价比。
尽管面临诸多挑战，但中国在碳纳米管纤维领域的研究已走在世界前列。这一突破性成果不仅展示了中国在新材料领域的创新能力，更为未来高科技产业发展注入了新的动力。随着技术的不断进步和产业链的完善，碳纳米管纤维有望在更多领域发挥重要作用，推动全球科技进步。