图注：a~e为甲酚作用下，碳纳米管的连续状态。a.碳纳米管粉末的甲酚基溶液；b.碳纳米管成型薄膜的稀释分散体；c.碳纳米管浆体；d,e.碳纳米管独立凝胶和可塑型料团。
美国西北大学材料科学与工程教授Jiaxing Huang采用一种曾用于家用清洁剂的常见化学物质——甲酚，重新“点燃”了碳纳米管研究的火焰。Huang找到了一种利用甲酚使分散的碳纳米管浓度显著提高的方法。该过程不需要添加剂，也不涉及苛刻的碳纳米管化学改性反应。Huang还发现，随着碳纳米管浓度的增加，碳纳米管从稀释分散体逐渐变为浆体、独立凝胶和可塑料团。该研究在线发表于5月14日的《美国国家科学院院刊》中。
碳纳米管由于具有独特的机械、热学和电学等性能而受到热切关注。它比头发细上万倍，其管状结构比钢铁的强度更高，还比铜的传热导电性更强。但碳纳米管（尤其数量较多时）的处理非常困难，它常以粉末态大量生产，而在生产过程中往往会产生缠绕和团聚，这制约了碳纳米管的广泛应用。
“团聚的碳纳米管在溶剂中很难分散。”Huang说：“如果你不能制得碳纳米管的良好分散体，那么许多应用需要的高质量碳纳米管薄膜更无从谈起。”为了解决这一问题，研究人员曾使用外加剂对碳纳米管进行化学改性，从而迫使其不再团聚。尽管这类方法确实有效，但会在碳纳米管中混入残留物或改变其表面结构，这都会影响其性能。相比之下，Huang的团队发现，甲酚不仅不会影响碳纳米管的表面性能，还可以在处理完成后用简单的洗涤或者加热蒸发的方法除去残余甲酚。
在解锁了提高碳纳米管浓度的方法后，Huang等还发现了碳管材料的新形态——即前文提及的分散体、可塑型料团等。这些碳管材料在被加工后，有望用于3D打印的导电墨水。论文第一作者、Huang实验室研究生Kevin Chiou认为，碳纳米管的料团态非常具有吸引力，它可以像橡皮泥一样加工成任何形状。Huang总结说：“通过甲酚基溶剂将难以处理的碳纳米管变得像普通塑料一样易用，这确实令人兴奋。”
图注：碳纳米管可塑型料团可以被加工成任何形状，如冷轧的独立式条带。
图注：碳纳米管可塑型料团加工后的形状由模具决定。
编译：雷鑫宇 审稿：alone 编辑：程建兰
来源：https://phys.org/news/2018-05-carbon-nanotubes-usable-common-plastics.html
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