美国西北大学黄嘉兴教授:分散碳纳米管变成普通塑料

必发365登录入口2018年8月30日讯  碳纳米管的加工问题一直非常棘手,尤其是大批量加工。据有关资料显示,碳纳米管的管状结构比人的头发还要薄约10000倍,但却比钢还结实,而且其热、电传导能力要远远优于铜。但是当大批量生产时(通常是以粉末的形式),管道会扭曲并聚集在一起。这种复杂的情况是阻碍这种材料得以广泛应用的主要问题所在。

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美国西北大学黄嘉兴教授:分散碳纳米管变成普通塑料

如图,研究人员发现,利用高浓度甲酚可以分散碳纳米管变成普通的塑料

美国西北大学的黄嘉兴教授使用了一种名为甲酚的廉价溶剂,这是一种常用于家用清洁剂的普通化学品。并利用其研发了一种制造分散碳纳米管的方法,不需任何添加剂或苛刻的化学反应,只需要使用高浓度甲酚修饰纳米管就能实现。

更令人惊讶的是,黄教授还发现,随着纳米管浓度的增加,材料会从稀释的分散体变成浓稠的糊状物,然后再变为自立式凝胶,最后成为可以成型和模塑的可揉捏的面团状物。

“鉴于其优异的机械性能、热学和电学性能,碳纳米管在许多应用中引起了广泛关注,但经过几十年的研究和开发后,一些研究者已经不再那么热衷于这些研究了。”西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的黄嘉兴教授说。

“聚集的管道很难分散在溶剂中,如果不能使碳纳米管均匀地分散,就无法制造出应用中所要求的高质量纳米管薄膜。” 黄教授解释道。为了解决这一问题,曾有研究人员使用添加剂来包覆纳米管,从而对其进行化学表面改性,并迫使它们分离。这种方法虽然有效,但却会留下残留物或者改变纳米管的表面结构,从而削弱其理想的性能。

相比之下,黄教授的团队发现甲酚不会破坏碳纳米管的表面功能。并且,在分离缠结的管之后,研究人员可以通过清洗或加热直至溶剂蒸发来简单地去除这种化学物质。

解锁了制造高浓度碳纳米管的新方法之后,黄教授和他的团队又发现了这种材料的新的形式。随着碳纳米管浓度的增加,材料从稀释的分散体转变为可涂抹的糊状物,又转变为自立式凝胶状,最后变成可揉捏的面团状。这些不同的形式可以被模塑、重塑或用作3D打印的导电油墨。

“纳米管的面团状态很令人着迷,就像橡皮泥一样,很容易成型,而可以被塑造成任意的结构。”黄教授实验室的研究生,同时也是该论文的第一作者Kevin Chiou说。

“从本质上讲,这种溶剂体系使得纳米管表现得像就像聚合物一样,尤其看到基于甲酚类的溶剂使曾经难加工的碳纳米管变得像普通塑料一样可用,还真是令人兴奋。” 黄教授说。

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