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俄科学家发现:多层碳纳米管互联,制成超高强度材料
李明 2016-11-20
导语

近日,科学家们通过对碳纳米管施加超高压力,证明了多层碳纳米管的互联性,得到了超高强度的碳材料,这种材料具有优良的机械性能和热导性能,可以被广泛应用于电池、平板电脑、手机触摸屏等电子产品中。

图:莫斯科物理技术学院通过一起熔融多层碳纳米管生产了一种超强度材料

莫斯科物理技术学院新型超硬度和碳材料研究所、莫斯科国立大学和莫斯科国立钢铁合金学院的研究者们已经发现,可以通过一起熔融多层碳纳米管来生产一种超强度材料。相关研究成果发表在《应用物理快报》上。

据这些科学家所说,这种材料具有非常高的强度,可以适应极其恶劣的环境状态,这对于航空航天工业领域来说是非常有用的。

该论文的作者做了一系列实验来研究高压对多层碳纳米管的影响。除此之外,他们还模拟了碳纳米管在高压容器中的反应,之后发现多层碳纳米管外表面的剪切应力应变行为之所以导致它们相互结合在一起,是由于多层碳纳米管要在外表面进行结构重组。然而,内部同轴的纳米管还是完整地保留了它们的结构:它们仅仅在压力下收缩,一旦卸掉压力之后,又恢复本来的形状。

这个研究的主要特点是它证明了管间的共价键引起了互联(聚合)的多层纳米管,生产这些纳米管比一个个生产单层纳米管要更加便宜。

Mikhail Y. Popov是莫斯科物理技术学院分子和化学物理系的教授,也是新型超硬度和碳材料研究所功能纳米材料实验室的领导者,他评论道:“纳米管之间的这些连接仅仅能影响纳米管的外部管壁结构,然而内层仍然保持不变,这使得我们可以获得原始纳米管非凡的耐久性能。”

剪切金刚石砧(SDAC)就是用纳米管压力处理得到的,该实验在55Gpa的压力下进行,这个压力是马里亚纳海沟底部水压的500倍。压力腔由两块金刚石组成,材料样品在它们之间被压缩。剪切金刚石砧(SDAC)和其他类型的压腔不同,它可以通过旋转其中的一个砧来控制材料剪切变形。因而,剪切金刚石砧(SDAC)中的样品既承受着静力学压力又承受着剪切力,这种压力施加在正常方向和与样品表面平行的方向上。

科学家们通过电脑模拟,已经发现这两种压力可以以不同的方式影响纳米管的结构。静力学压力通过复杂的方式来改变纳米管的管壁几何结构,然而剪切力会引起外壁无定型区域发生sp3杂化,通过共价键来把它们和附近的碳纳米管结合在一起。当压力除去时,被连接的多层纳米管的内层形状又恢复如初。

碳纳米管由于具有独特的机械、热导性能,具有广泛的商业化应用范围。未来它们可以应用于蓄电池、平板电脑和手机触摸屏、太阳能电池、抗静电涂料以及这些电子产品的组合框架中

文章链接:

Pashkin, E. Y., et al, "The unexpected stability of multiwall nanotubes under high pressure and shear deformation," Appl. Phys. Lett. 109, 081904 (2016); http://dx.doi.org/10.1063/1.4961618

新闻链接:

“Pressure-welding” nanotubes creates ultrastrong material

(本文来源:材料牛网站;)

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  • 碳纳米管
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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科

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