碳纳米管纤维：未来科技界的超级明星？
碳纳米管纤维：未来科技界的超级明星？
中国科学院金属研究所最近在碳纳米管纤维研究领域取得重大突破。研究团队通过湿法纺丝技术，成功制备出具有高导电性的双壁碳纳米管纤维，其电导率和载流量均超越传统铜导线。这一突破性进展为碳纳米管纤维在航空航天、电力电子等领域的应用开辟了新的可能性。
碳纳米管纤维是由数百万根直径为纳米级的碳纳米管组装而成的宏观纤维材料。这种纤维不仅保持了单根碳纳米管的优异性能，还具有宏观尺度的可加工性和实用性。碳纳米管纤维具有以下显著特点：
高强度与高韧性：碳纳米管纤维的抗拉强度可达1.65 GPa，断裂韧性达130.9 MJ m-3，远超过传统金属材料。北京大学张锦院士团队通过优化制备工艺，更是将碳纳米管纤维的动态强度提升至14 GPa，这一数值远超现有高性能纤维。
高导电性：最新研究制备的碳纳米管纤维电导率达1.1×107S m-1，比电导率达5.62×103S m2kg−1，分别是铜导线的86%和3倍。同时，其变温电阻系数甚至低于铜，显示出优异的电学性能。
优异的耐疲劳性：碳纳米管纤维可承受上亿次循环拉伸而不断裂，并能恢复初始强度，表现出极高的耐用性。
轻质特性：碳纳米管纤维的密度仅为传统金属材料的几分之一，却能保持更高的强度和韧性，使其在航空航天等对重量敏感的领域具有巨大优势。
碳纳米管纤维的这些优异性能使其在多个领域展现出广阔的应用前景：
航空航天领域：碳纳米管纤维的高强度、轻质和优异的耐疲劳性使其成为制造高性能复合材料的理想选择。在航空航天器结构件、卫星天线、空间站设施等方面具有重要应用价值。
电力电子领域：由于其卓越的导电性能和比铜更低的变温电阻系数，碳纳米管纤维有望替代传统金属导线，用于制造高性能电线、电缆和电磁屏蔽材料。
冲击防护领域：碳纳米管纤维在高应变率加载下展现出显著的应变率强化效应，其动态强度可达14 GPa，远超现有防护材料。这使其在防弹衣、防护头盔等防护装备领域具有巨大潜力。
尽管碳纳米管纤维展现出巨大的应用潜力，但其实际应用仍面临一些挑战：
批量生产技术：实现超长、低缺陷碳纳米管纤维的规模化制备是当前主要障碍。目前的制备工艺仍需进一步优化，以满足大规模应用的需求。
成本问题：虽然性能优越，但高昂的生产成本限制了其大规模应用。未来需要通过工艺创新和规模效应来降低成本。
环境适应性：在某些极端环境下（如太空中的辐射、温度变化），碳纳米管纤维的性能表现仍需进一步研究和验证。
随着制备技术的不断进步和成本的逐步降低，碳纳米管纤维有望在更多领域实现突破性应用。其独特的性能组合使其成为未来科技界最具潜力的新型材料之一，有望引领多个行业的技术革新。