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近日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院Hyeon Su Jeong和Seung Min Kim以及首爾國(guó)立大學(xué)Chong Rae Park合作，證明了一種高效、連續(xù)的纖維紡絲方法用來(lái)生產(chǎn)高性能碳納米管纖維(CNTF)的可行性。該研究成果以題為“Direct spinning and densification method for high-performance carbon nanotube fibers”的論文發(fā)表在國(guó)際著名綜合學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上。

在這項(xiàng)工作中，研究人員提出了一種優(yōu)化的紡絲方法，結(jié)合濕法紡絲和直接紡絲兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，可以快速、連續(xù)地生產(chǎn)高度對(duì)準(zhǔn)和致密化的CNTFs (圖1c)。當(dāng)直接紡制的的CNTF浸入氯磺酸（CSA）中時(shí)，CNTF會(huì)膨脹，因?yàn)镃SA穿透它并使CNT質(zhì)子化。在此狀態(tài)下適當(dāng)拉伸CNTF可重新排列纏繞CNT以改善其在軸向上的對(duì)準(zhǔn)。然后，當(dāng)CNTF浸入凝固浴中時(shí)，通過(guò)溶解性差驅(qū)動(dòng)的相分離，將CSA從排列良好的CNTF中擠出，以形成具有良好排列結(jié)構(gòu)的高填充CNTF。從合成碳納米管到制備高度致密、排列整齊的CNTFs，加工時(shí)間<1 min。通過(guò)對(duì)直接紡絲條件的優(yōu)化，作者成功地制備了高取向和致密的碳納米管。

圖1. CNTFs紡絲方法示意圖。a濕法紡絲、b直接紡絲、c快速致密化工藝基于濕法紡絲的原理，可附加在直接紡絲工藝的末端

 表1. 具有代表性的各種CNTFs的合成條件和性能 

圖2. 致密化CNTFs的優(yōu)良性能及提出的紡絲方法

　　這一工作清楚地表明，在適當(dāng)?shù)馁|(zhì)子化度(DOP)下優(yōu)化致密化工藝，以及直接紡制高強(qiáng)度、低缺陷CNTFs的紡絲條件，對(duì)于獲得最高的致密化效率，從而使性能得到極大的改善至關(guān)重要。通過(guò)該方法制備出來(lái)的CNTFs具有質(zhì)量輕、抗拉伸、硬度大、導(dǎo)電性好以及高靈活性等優(yōu)點(diǎn)，它們適用于各類(lèi)高附加值的應(yīng)用。