| 在过去的十年里，三所大学——莱斯大学、宾夕法尼亚大学和以色列理工学院。休斯顿莱斯大学的科学家们已经发现了各种碳纳米管(CNTs)的“终极”溶剂，这一突破使高导电性量子纳米线的创造更加接近，正如ACS Nano所述。 纳米管有一个令人沮丧的捆绑习惯，这使得它们没有在溶液中分离时有用。多年来，莱斯大学的科学家们一直在试图解开这些谜团，他们在寻找可扩展的方法，以制造出异常坚固、超轻、高导电性的材料，这可能会给电力分配带来革命性的变化，比如扶手椅量子线。扶手椅量子线是已故的理查德·斯莫利(Richard Smalley)设想的由排列良好的金属纳米管构成的宏观电缆。莱斯大学的研究小组报告说，氯磺酸可以在溶液中溶解半毫米长的纳米管，这是用超长纳米管纺丝的关键一步。目前溶解碳纳米管的方法包括在碳纳米管周围加入类似肥皂的表面活性剂，在它们周围掺杂碱金属或在侧壁上附着小的化学基团，以相对较低的浓度分散碳纳米管。这些技术对于纤维纺丝并不理想，因为它们破坏了纳米管的特性，要么将小分子附着在纳米管表面，要么缩短了纳米管的长度。几年前，莱斯大学的研究人员发现氯磺酸(一种“超酸”)可以在不破坏纳米管表面的情况下给纳米管增加正电荷。这导致纳米管自发地以自然的捆扎形式彼此分离。这种方法是制作用于纤维纺丝的纳米管溶液的理想方法，因为它产生的流体掺杂与用于工业纺丝的高性能纤维非常相似。直到最近，研究人员还认为这种溶解方法只对短的单壁纳米管有效。 The acid dissolution method is also reported to work with any type of carbon nanotube, irrespective of length and type, as long as the nanotubes are relatively free of defects. The process is very easy and involves adding the nanotubes to chlorosulfonic acid that results in dissolution, without even mixing. The team discovered chlorosulfonic acid is also adept at dissolving multiwalled nanotubes (MWNTs). For the first time it was observed that long SWNTs dispersed by superacid form liquid crystals. 这项研究的合著者认为，使用长纳米管是在纤维中获得优异性能的关键，因为机械和电气性能都取决于组成纳米管的长度。在纤维中使用长纳米管可以将其性能提高一到两个数量级，在正在研究的用于柔性电子应用的碳纳米管薄膜中也可以获得类似的增强性能。《今日材料》报道：“塑料是一个价值3000亿美元的美国产业，因为流体处理可以实现巨大的吞吐量，”赖斯的Matteo Pasquali说，他是论文的合著者，也是化学和生物分子工程及化学教授。杂货店使用塑料袋而不是纸的原因以及聚酯衬衫比棉花便宜的原因是聚合物可以被熔化或溶解，并通过火车和汽车装载物作为液体处理。将纳米管加工成流体打开了为聚合物开发的所有流体加工技术。”“该研究为纳米管建立了一种与工业相关的工艺，该工艺类似于用棒状聚合物制造凯夫拉的方法，但酸不是真正的溶剂，� 斯莫利研究所所长、这篇新论文的合著者韦德·亚当斯说。�目前的研究表明，我们有一种真正的纳米管溶剂� 氯磺酸� 这就是我们在九年前开始这个项目时所发现的。”防弹背心中使用的聚合物纤维Kevlar的强度大约是当今最强的纳米管纤维的5-10倍，但原则上，水稻科学家应该能够使他们的纤维强度提高约100倍。 扭曲的尖顶、同心的圆环和优雅的弯曲花瓣是密歇根大学工程师们可以用一种新的制造工艺从碳纳米管中制造出来的一些新的三维形状。这一过程被称为“毛细形成”，它利用了毛细作用，即液体似乎不受重力的影响，自发地沿着吸管向上流动的现象。这种新的微型形状有可能以可伸缩的方式利用碳纳米管优异的机械、热、电和化学特性。3D纳米管结构可以实现无数新材料和微设备，包括可与单个细胞连接的探针、新型微流控设备以及用于飞机和航天器的轻质材料。将纳米结构组装成三维形状是纳米技术和纳米制造的主要目标之一。毛细管成型方法可应用于多种类型的纳米管和纳米线，其可扩展性对制造业非常有吸引力。哈特的方法是先在硅片上形成一层金属薄膜。这种薄膜是一种铁催化剂，有助于以图案形状生长垂直碳纳米管“森林”。这是一种模板。哈特的团队并没有将催化剂塑造成圆形和方形等统一形状，而是塑造出各种独特形状，如空心圆、半圆和从中心切下的小圆。形状以不同的方向和分组排列，创建不同的模板，以便稍后使用毛细管作用形成3D结构。采用化学气相沉积工艺以规定的模式生长纳米管。化学气相沉积涉及在含有碳氢化合物气体混合物的高温炉中用催化剂模式加热基板。气体在催化剂上发生反应，气体中的碳被转化成纳米管，纳米管像草一样向上生长。硅晶片与其纳米管一起悬浮在沸水丙酮烧杯上。丙酮在纳米管上冷凝，然后蒸发。当液体凝结时，它向上进入垂直纳米管之间的空间。毛细作用将垂直纳米管转化为复杂的三维结构。例如，高半截的纳米管向后弯曲，形成一个类似于三维花朵的形状。 哈特说:“我们利用这些2D图形对3D形状的形成进行编程。”“我们发现，起始形状会以一种非常具体的方式影响毛细管力如何操纵纳米管。有些会弯曲，有些会扭曲，我们可以以任何我们想要的方式组合它们。”毛细管形成过程使研究人员能够制造出大量的3D微结构，这些微结构都比一立方毫米小得多。此外，研究人员还表明，它们的3D结构比用于微制造的典型聚合物的硬度高10倍。因此，它们可以作为模具用其他材料制造相同的3D形状。这被认为开启了创建具有局部变化几何和属性的定制纳米结构表面和材料的可能性。以前，我们认为材料在任何地方都具有相同的特性，但有了这项新技术，我们可以梦想将材料的结构和特性设计在一起。大量的3D纳米管结构可以一次性生产出来，由于它们非常坚硬，它们可以用作模具，使用其他材料创建重复的结构。Hart相信他们可以制造出许多新的微器件和材料，例如可以与单个细胞连接的探针，新型微流控装置，以及用于飞机和宇宙飞船的轻型材料。 |
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