第一作者：Yunxiang Bai, RufanZhang, Xuan Ye.
通讯作者：Rufan Zhang, Xide Li,Fei Wei
第一单位：清华大学

研究亮点：

1.开发了一种单根长度达到厘米尺度的超长碳纳米管。

2.采用同步松紧策略成功解决碳纳米管纤维的初始应变的不均匀性。

3.开发了史上拉伸强度最高的超长碳纳米管纤维。

纳米材料最令人担忧，也是最令人诟病的一个问题在于：一旦组装到微米或者更大三维尺度，就削弱甚至失去其纳米效应，导致难以实际应用。碳纳米管就是其中的一个典型案例。

碳纳米管本征拉伸强度达到100 GPa，是已知强度最大的材料之一，但是却迟迟无法实现美国航天局设定的“7.5 GPa cm3g–1”的梦之绳索的目标。一个关键难点就在于，常规碳纳米管长度仅有微米级，一旦将短碳纳米管组装成纤维，就会因为相互堆叠和纠缠而产生缺陷、杂质、随机取向以及不连续的长度等问题，导致其失去纳米尺度时的超级强度。

有鉴于此，清华大学Fei Wei、Rufan Zhang, Xide Li团队合作，报道了一种超长、无缺陷、拉伸强度高达80 GPa以上的超级碳纳米管纤维。

图1. 超长碳纳米管纤维的制备和表征

碳纳米管纤维的拉伸强度受Daniels效应控制，Daniels效应来自于单根碳纳米管的初始应变的非均匀性。研究人员采用了一种同时松、紧的策略，来消除这些初始应变的不均匀性。

图2. 超长碳纳米管纤维的同步松紧策略

研究人员首先制备得到一种长度可连续达到厘米尺度的单根碳纳米管，然后组装得到具有统一取向，几乎不含缺陷，初始应变均匀的碳纳米管纤维，这种超长碳纳米管纤维表现出高达80 GPa的拉伸强度，对应的工程拉伸强度高达43 GPa，高于其他任何高强度纤维。

图3. 超长碳纳米管纤维的力学性能

总之，这项研究真正将纳米尺度碳纳米管的超高强度拓展到体相尺度，为碳纳米管的走向更大规模的实际应用做出了革命性的贡献！

全文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-018-0141-z

来源：纳米人

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