奇妙的碳纳米管弹簧

碳纳米管最初在1991年由日本NEC公司电子显微镜专家饭岛(Iijima) 发现,之后得到纳米科学界前所未有的广泛关注碳纳米管尺度非常小,径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级,所以利用碳纳米管制备电子器件很不容易,如何将具有纳米尺寸的碳纳米管制备成具有特殊功能的宏观体是科学工作者一直追求的目标。

哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所赫晓东教授、李宜彬副教授与北京大学曹安源教授合作,经过近一年的刻苦攻关,采用两步法制备出一种碳纳米管弹簧,其直径可以达上百微米,而长度可以达几厘米,这为制备出肉眼可见的电子器件提供了可能。跟传统的弹簧相比,碳纳米管弹簧具有密度小、导电性好和优异的力学性能,尤其在延伸率方面更显示出不可比拟的优势。以往的碳纳米管纤维由于在拉伸过程中碳纳米管间发生不可逆滑移,使碳纳米管纺丝的最大拉伸应变较低 (小于10%),而这种碳纳米管弹簧最大延伸率可以达到285%。在拉伸应变为20% 时,经1000次拉伸循环后仍可保持稳定的弹簧系数(100 N/m),且导电性能几乎没有衰减。据悉,这种新型的碳纳米管结构具有广阔的应用前景,有望应用于可伸缩导体/电极、微型应变传感器、超级电容器、光伏、场发射、能量耗散纤维等领域,并且可以发展成具有多功能的碳纳米管纤维增强复合材料加以利用。

这一突破性成果在《Advanced Materials》第21期上发表,并被选为当期背封面。审稿人对这一研究工作给予高度评价,认为所得碳纳米管弹簧具有非常奇妙迷人(intriguing)的结构。