高性能碳纳米管纤维研究取得新进展

近日，中国科学院金属研究所在高性能碳纳米管纤维研究方面取得新进展，制备出的纤维材料有望在航空航天、电力电子等领域获得应用。相关成果发表在《先进功能材料》。

单根碳纳米管的直径为纳米级，长度通常为微米级，而碳纳米管纤维具有宏观长度和微米级径向尺寸。如何将纳米尺度的碳纳米管单体组装制备成宏观尺度的纤维，并最大限度保持其优异性能是实现碳纳米管纤维重要应用的关键。

前期，团队开展了湿法纺丝制备高导电性碳纳米管纤维研究，所得单壁碳纳米管纤维的电导率比已有报道提高32%，并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，其电导率达到4.84×10⁷S m^-1，比电导率达1.15×10⁴S m²kg^-1。同时，团队还发展了一种碳纳米管纤维与金属电极互连方法，在-196度~150度热震循环后，SnPb焊料互连节点处的电阻变化小于30%。

在上述研究的基础上，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，同时避免“皮芯结构”的形成，实现了高取向度、高致密度双壁碳纳米管纤维的可控制备。其电导率达1.1×10⁷S m^-1，载流量达8.0×10⁸A m^-2，比电导率和比电流容量达5.62×10³S m²kg^?1、4.09×10⁵A m kg^?1,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。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202404538