这里，为了降低碳纳米管纤维的接触电阻，对其进行宏观致密化与杂原子掺杂，两者间的协同效应可以实现这一目的。具体来讲，通过高温热掺杂结合等离子体处理，将硼和氮原子引入到碳纳米管的六方碳晶格中。此外，选择氯磺酸在碳纳米管的侧壁上提供选择性季氮组分。在此过程中，碳纳米管纤维的致密化程度进一步提高，也就减少了碳纳米管间电子转移的跳跃或隧穿距离。实验结果表明，该碳纳米管纤维实现了高达5896 Sm2/kg的高电导率。通过非均相导电模型的机理研究证明，碳纳米管纤维的电势垒高度降低。这些结果为使用碳纳米管纤维作为导电材料迈出了实质性的一步。
 
  
Figure 1.（a）碳纳米管纤维的硼、氮掺杂和致密化的示意图。（b）碳纳米管侧壁引入硼和氮的键合结构。1200℃温度下热掺杂硼氮共掺杂、氮等离子体处理后，碳纳米管纤维的(c) B 1s和(d) N 1s XPS光谱。
 
  
Figure 2. 不同类型碳纳米管纤维的比电导率比较。(a)仅热处理，(b)掺硼，(c)热处理后致密化，(d)掺硼并致密化后的碳纳米管纤维。
 
  
Figure 3．用x光显微镜对大尺寸内部空隙进行无损成像。(a)通过三维重建图像进行内部空隙分布分析(尺寸10x10x40 mm)。热处理温度(HTT)为1200℃。（b）碳纳米管的纵剖面2D图像。
 
  
Figure 4．（a)热处理和(b)硼掺杂的碳纳米管纤维的横截面高分辨透射电镜图像。在硼掺杂的情况下，在1600℃时就开始发生石墨化。
 
 
Figure 5.（a）碳纳米管纤维的比电导率。（b）碳纳米管纤维的比拉伸强度与比电导率的阿什比图。
  
      该研究工作由韩国科学技术研究院Jun Yeon Hwang课题组于2021年发表在Carbon期刊上。原文：Carbon nanotube fibers with high specific electrical conductivity: Synergistic effect of heteroatom doping and densification。

转自《石墨烯杂志》公众号