开发将纳米材料组装成宏观支架材料的方法是当前纳米技术发展的关键。然而，即使在大多数情况下该类材料具有优越的性能，制备方法的复杂性却很大程度上阻碍了新材料的广泛应用。
近日，韩国科学技术研究院Hyeon Su Jeong和Seung Min Kim以及首尔国立大学Chong Rae Park合作，证明了一种高效、连续的纺丝方法用来生产高性能碳纳米管纤维（CNTF）的可行性。该研究成果以题为“Direct spinning and densification method for high-performance carbon nanotube fibers”的论文发表在国际著名综合学术期刊Nature Communications上。


在这项工作中，作者提出了一种优化的纺丝方法，结合湿法纺丝和直接纺丝两种方法的优点，可以快速、连续地生产取向高度一致、致密化的CNTFs （图1c）。当直接纺制的的CNTF浸入氯磺酸（CSA）中时，CNTF会膨胀，因为CSA穿透它并使CNT质子化。在此状态下适当拉伸CNTF可重新排列缠绕CNT以改善其在轴向上的取向。然后，当CNTF浸入凝固浴中时，通过溶解性差驱动的相分离，将CSA从排列良好的CNTF中挤出，以形成具有良好排列结构的高填充CNTF。从合成碳纳米管到制备高度致密、排列整齐的CNTFs，加工时间<1 min。通过对直接纺丝条件的优化，作者成功地制备了高取向和致密的碳纳米管。


图1. CNTFs纺丝方法示意图。a湿法纺丝、b直接纺丝、c快速致密化工艺基于湿法纺丝的原理，可附加在直接纺丝工艺的末端


表1. 具有代表性的各种CNTFs的合成条件和性能


图2. 致密化CNTFs的优良性能及提出的纺丝方法
这一工作清楚地表明，在适当的质子化度（DOP）下优化致密化工艺，以及直接纺制高强度、低缺陷CNTFs的纺丝条件，对于获得最高的致密化效率，从而使性能得到极大的改善至关重要。通过该方法制备出来的CNTFs具有质量轻、抗拉伸、硬度大、导电性好以及高灵活性等优点，它们适用于各类高附加值的应用。


来源：高分子科学前沿