碳纳米管的有序化已成为开发高性能碳纳米管纤维的关键挑战之一。在此，基于界面鼓泡诱导碳纳米管框架膨胀，开发了一种无损、多功能化策略。具体来讲，先通过在酸溶液中激活电解过程，氢气气泡在碳纳米管框架内部产生并析出，导致很大程度且均匀的膨胀，横向尺寸增加超过两个数量级。研究发现，膨胀程度受液体压力、气泡表面张力和框架自身的限制力控制。在连续拉伸和致密化后，膨胀的碳纳米管框架可以转变为高度排列和致密化的纤维，其拉伸强度高达5.18 GPa。它们可以作为多功能复合材料的优良支架。在膨胀过程中通过原位浸渍聚乙二醇，可以获得具有电热转换和相变储能特性的稳定复合纤维。
 
  
Figure 1. 电解诱导膨胀和加捻纺丝有效增强连续碳纳米管纤维。(A)实验装置示意图。 (B，C)在图(A)中标记的四个阶段的碳纳米管带/纤维的光学和扫描电镜图像。
 
 
Figure 2. 碳纳米管纤维组件膨胀的机理分析。(A)H2气泡析出，碳纳米管纤维限制气泡的力平衡模型，以及膨胀的碳纳米管组件的示意图。(B)扫描电镜图像显示出大尺寸碳纳米管纤维之间的间距变宽。(C、D)碳纳米管纤维在膨胀致密化前后的微观结构比较。
 
  
Figure 3. 重构对碳纳米管纤维结构和力学性能的影响。(A，B)原始和重组的碳纳米管纤维的堆积形态的比较。(C)在不同角度入射激光下获得的归一化G峰值强度。（D）纤维直径和质量密度的变化。(E-G)电流振幅对阻尼性能的影响。
 
  
Figure 4．碳纳米管/聚乙二醇复合纱线的结构、力学和热性能。(A)碳纳米管对聚乙二醇的紧密限制。(B)纤维断裂后，聚乙二醇没有从网络中漏出。(C)热重分析曲线。(D)应力-应变曲线。(E)差示扫描量热曲线。(F)展示了碳纳米管/聚乙二醇复合纱线的热能储存和释放。
 
       该研究工作由苏州纳米技术与纳米仿生研究所Qingwen Li课题组于2021年发表在Carbon期刊上。原文：Interfacial-bubbling-induced nondestructive expansion to reconstruct superstrong and multifunctional carbon nanotube fibers。

转自《石墨烯杂志》公众号