新型碳纳米管宏观结构:碳纳米管海绵体-阵列原位复合体

海绵状的碳纳米管,即碳纳米管海绵体 (Adv. Mater. 2010, 22, 617),具有轻质、多孔、亲油疏水和各向同性等优异性能,在吸附过滤和吸能减振领域具有广阔的应用前景;而同属碳纳米管宏观体的碳纳米管阵列具有各向异性、超弹性等优异力学性能。然而,这两类碳纳米管具有完全不同的生长过程和方式,很难同时形成。

近日,中山大学物理科学与工程技术学院汤子康教授团队研究人员桂许春巧妙地运用化学气相沉积法成功制备出从各向同性到各向异性分布的碳纳米管海绵体-阵列复合结构。实验中,通过设计碳纳米管合成过程中的碳源,实现了在碳纳米管阵列上直接原位生长碳纳米管海绵体,并可构建多层式结构。通过改变碳源进给量,可控合成了不同密度的复合体。该碳纳米管复合体在受到外力冲击、压缩时,柔软的碳纳米管海绵体首先产生形变;随着载荷增加,较为刚硬的碳纳米管阵列逐渐产生变形。当外力撤消时,复合体又可恢复原状,并可多次循环压缩使用。

该复合体结合了碳纳米管海绵体与碳纳米管阵列的各自优势性能,可用作吸能减振的缓冲材料,并表现出宽应力范围的能量吸收能力。在低应力时,由海绵体起主导吸能;高应力时,转换为由阵列为主导吸能。因此,复合体在低应力(<0.3MPa)和较高应力(0.3-5MPa)均具有很小的缓冲系数,在能量吸收和缓冲材料方面具有独特的应用前景。

该研究成果新近发表于Adv. Mater.期刊 (DOI: 10.1002/adma.201203901),并得到审稿专家的高度评价。