圖注：a~e為甲酚作用下，碳納米管的連續狀態。a.碳納米管粉末的甲酚基溶液；b.碳納米管成型薄膜的稀釋分散體；c.碳納米管漿體；d,e.碳納米管獨立凝膠和可塑型料團。
美國西北大學材料科學與工程教授Jiaxing Huang採用一種曾用於家用清潔劑的常見化學物質——甲酚，重新“點燃”了碳納米管研究的火焰。Huang找到了一種利用甲酚使分散的碳納米管濃度顯著提高的方法。該過程不需要添加劑，也不涉及苛刻的碳納米管化學改性反應。Huang還發現，隨著碳納米管濃度的增加，碳納米管從稀釋分散體逐漸變為漿體、獨立凝膠和可塑料團。該研究在線發表於5月14日的《美國國家科學院院刊》中。
碳納米管由於具有獨特的機械、熱學和電學等性能而受到熱切關注。它比頭髮細上萬倍，其管狀結構比鋼鐵的強度更高，還比銅的傳熱導電性更強。但碳納米管（尤其數量較多時）的處理非常困難，它常以粉末態大量生產，而在生產過程中往往會產生纏繞和團聚，這制約了碳納米管的廣泛應用。
“團聚的碳納米管在溶劑中很難分散。”Huang說：“如果你不能製得碳納米管的良好分散體，那麼許多應用需要的高質量碳納米管薄膜更無從談起。”為了解決這一問題，研究人員曾使用外加劑對碳納米管進行化學改性，從而迫使其不再團聚。儘管這類方法確實有效，但會在碳納米管中混入殘留物或改變其表面結構，這都會影響其性能。相比之下，Huang的團隊發現，甲酚不僅不會影響碳納米管的表面性能，還可以在處理完成後用簡單的洗滌或者加熱蒸發的方法除去殘餘甲酚。
在解鎖了提高碳納米管濃度的方法後，Huang等還發現了碳管材料的新形態——即前文提及的分散體、可塑型料團等。這些碳管材料在被加工後，有望用於3D打印的導電墨水。論文第一作者、Huang實驗室研究生Kevin Chiou認為，碳納米管的料團態非常具有吸引力，它可以像橡皮泥一樣加工成任何形狀。Huang總結說：“通過甲酚基溶劑將難以處理的碳納米管變得像普通塑料一樣易用，這確實令人興奮。”
圖注：碳納米管可塑型料團可以被加工成任何形狀，如冷軋的獨立式條帶。
圖注：碳納米管可塑型料團加工後的形狀由模具決定。
編譯：雷鑫宇 審稿：alone 編輯：程建蘭
來源：https://phys.org/news/2018-05-carbon-nanotubes-usable-common-plastics.html
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