(资料图片)

碳纳米管（CNT）是一种新型材料，其强度是钢的100倍，而重量仅为钢的四分之一，且导电率可与铜媲美。如果可以使用CNT制造纤维，理论上可以超过现有碳纤维的性能，从而使基于碳纳米管的纤维能够作为新型材料应用于航空航天、军事和交通等领域。然而，在纤维中保持碳纳米管的优异性能非常具有挑战性，而且由于碳纳米管的成本极高，商业化也很困难。

据外媒报道，由韩国科学技术研究院（KIST）全北先进复合材料研究所（Jeonbuk Institute of Advanced Composite Materials）的Bon-Cheol Ku博士领导的研究团队与由蔚山国立科学技术院（UNIST）Han Gi Chae教授领导的研究人员合作开发出具有高拉伸强度和模量的CNT基复合碳纤维的低成本制造技术。

图片来源：KIST

碳纤维通常由聚丙烯腈（PAN）聚合物或源自热解燃料油的沥青碳化而成。研究人员开发出新技术，通过将碳纳米管与聚酰亚胺（PI）树脂结合使用，在保持高强度的同时大大提高了模量。

韩国团队最初使用连续湿法纺丝工艺制造出CNT-PI复合纤维，成功制造出高模量（528 GPa）和高强度（6.2 GPa）的纤维。使用氯磺酸（CSA）作为溶剂，并在过程中进行高温热处理，获得的模量是市售纤维（约为320 GPa）的1.65倍。

此外，微观结构分析证实，通过减少纤维内的空隙，制造材料的物理性能得到改善，并且CNT/PI组合改善了碳纳米管的取向。研究团队能够制造出具有更高模量的高强度纤维，同时用PI替代高达50%的昂贵CNT以降低总体成本。

KIST的Ku博士博士：“这项研究很有意义，因为使用低成本聚合物可以大大降低碳纳米管基碳纤维的制造成本。这些新型碳纤维过去因成本高而难以商业化，而现在有望用于航空航天、军事和未来的移动出行行业。”