近日，工学院曹安源教授与哈尔滨工业大学赫晓东教授研究团队在碳纳米管纤维方面有了重大突破。科研团队采用两步法制备了碳纳米管弹簧，其延伸率可以达到285%（传统的碳纳米管纤维的延伸率也只有5%-10%）。相关论文“超拉伸、类似弹簧的碳纳米管绳”（Super‐Stretchable Spring‐Like Carbon Nanotube Ropes） 发表于近期《先进材料》(Advanced Materials)，并被选为封底报道。审稿人对这一研究成果给予高度评价，评价它是一种非常迷人（intriguing）的结构。

碳纳米管是1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)发现的，它具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。

但是碳纳米管尺度非常小，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，所以利用碳纳米管制备电子器件很不容易，如何将具有纳米尺寸的碳纳米管制备成具有特殊功能的宏观体是科学工作者一直追求的目标。通过传统的纺纱方法可以将无数的碳纳米管紧密“纺织”成一根宏观长度、机械强度高、柔韧性好的长丝，通常称为碳纳米管纺丝。目前，国内外所报道的类似纺丝多为直丝，在拉伸时只能承受较小的应变（就发生断裂），且形变过程不可逆，结构没有弹性。该研究采用稍加修改的工艺，即将碳纳米管直丝进一步过纺，使得直丝又发生扭曲形成紧密排列的显微螺旋结构，类似一根微缩的弹簧。这种结构具有弹性，在一定的应变下能够反复拉伸上千次而不松懈。由于螺旋部位可以撑直展开，弹簧在断裂之前可以承受相当大的应变（理论上可达300%）。与传统的不锈钢材料弹簧相比，碳纳米管纺丝弹簧非常轻、弹簧常数与之相当、导电好，尤其在延伸率方面更显示出不可比拟的优势，最大延伸率可以达到285%（以往的碳纳米管纤维在拉伸过程中碳纳米管间发生不可逆滑移，使碳纳米管纺丝的最大拉伸应变较低，小于10%），在拉伸应变为20%时，经1000次拉伸循环仍保持稳定的弹簧系数（100N/m），且导电性能几乎没有衰减是典型的多功能材料，可以在传感器、致动器、纳米或微米机电器件、吸能材料（如防弹背心）等领域进行应用。

这项工作得到了国家自然基金委研究基金的资助，主要由赫晓东、李宜彬、曹安源和他们共同指导的博士生上媛媛完成。该论文于今年5月在Advanced Materials期刊报道，此后，在6月份下载量排行榜中，该论文名列第四，而封底画面名列第九。编辑发来的贺信中说：“同一篇文章及其封底同时进入排行榜的前十名，这在Advanced Materials之前还从没有发生过。”

编辑：拉丁

相关报道：

http://news.hit.edu.cn/articles/2012/06-01/06084844.htm

    http://news.sciencenet.cn/htmlpaper/20126814512312324751.shtm

论文摘要：

http://doc.sciencenet.cn/DocInfo.aspx?id=11700