碳納米管的有序化已成為開發高性能碳納米管纖維的關鍵挑戰之一。在此，基于界面鼓泡誘導碳納米管框架膨脹，開發了一種無損、多功能化策略。具體來講，先通過在酸溶液中激活電解過程，氫氣氣泡在碳納米管框架內部產生并析出，導致很大程度且均勻的膨脹，橫向尺寸增加超過兩個數量級。研究發現，膨脹程度受液體壓力、氣泡表面張力和框架自身的限制力控制。在連續拉伸和致密化后，膨脹的碳納米管框架可以轉變為高度排列和致密化的纖維，其拉伸強度高達5.18 GPa。它們可以作為多功能復合材料的優良支架。在膨脹過程中通過原位浸漬聚乙二醇，可以獲得具有電熱轉換和相變儲能特性的穩定復合纖維。
Figure 1. 電解誘導膨脹和加捻紡絲有效增強連續碳納米管纖維。(A)實驗裝置示意圖。 (B，C)在圖(A)中標記的四個階段的碳納米管帶/纖維的光學和掃描電鏡圖像。
Figure 2. 碳納米管纖維組件膨脹的機理分析。(A)H2氣泡析出，碳納米管纖維限制氣泡的力平衡模型，以及膨脹的碳納米管組件的示意圖。(B)掃描電鏡圖像顯示出大尺寸碳納米管纖維之間的間距變寬。(C、D)碳納米管纖維在膨脹致密化前后的微觀結構比較。
Figure 3. 重構對碳納米管纖維結構和力學性能的影響。(A，B)原始和重組的碳納米管纖維的堆積形態的比較。(C)在不同角度入射激光下獲得的歸一化G峰值強度。（D）纖維直徑和質量密度的變化。(E-G)電流振幅對阻尼性能的影響。
Figure 4．碳納米管/聚乙二醇復合紗線的結構、力學和熱性能。(A)碳納米管對聚乙二醇的緊密限制。(B)纖維斷裂后，聚乙二醇沒有從網絡中漏出。(C)熱重分析曲線。(D)應力-應變曲線。(E)差示掃描量熱曲線。(F)展示了碳納米管/聚乙二醇復合紗線的熱能儲存和釋放。
該研究工作由蘇州納米技術與納米仿生研究所Qingwen Li課題組于2021年發表在Carbon期刊上。原文：Interfacial-bubbling-induced nondestructive expansion to reconstruct superstrong and multifunctional carbon nanotube fibers。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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