超长碳纳米管量产（从电子产品到智能皮肤）

从九十年代初被发现以来，碳纳米管被誉为纳米技术应用的“神奇材料”。这些微小的圆柱形结构只具有几纳米的直径，比头发还细1000倍，但是单个碳纳米管比钢更坚硬，比铜导电性更强，并且比铝还轻。

然而，很多次试验证明用碳纳米管来构建宏观材料十分困难。这个挑战源于组装和编织碳纳米管的难度，因为它们非常小，而且它们的几何形状很难控制。

受自然界发现的复合材料结构的启发，伊利诺伊大学香槟分校的研究人员克服了这些困难，成功合成碳纳米管（CNT）纺织品，它具有高导电性和50倍于铜薄膜的韧性。

香槟分校机械工程的助理教授Sameh Tawfick解释说：“ 对齐的碳纳米管片层应用广泛，包括微机电系统（MEMS）、超级电容器电极、电缆、人造肌肉和各种多功能复合材料。”

图 │ 右上图为碳纳米管纺织物的压强应力曲线。 右下图表显示研究人员通过改变纺织品结构调整机械性能的能力，即强度（最大破坏力）和模量（抗拉伸性）

论文的作者，伊利诺伊大学香槟分校动力材料研究组的研究生Liang Yue说：“碳纳米管（CNT）纺织品的断裂能量的研究使我们设计出了这些性能优良的薄膜。据我们所知，这是首个对CNT纺织品断裂能的研究。竖直生长的碳纳米管是通过化学气相沉积法制成的，从沉积在氧化硅衬底上的催化剂作用下，在5微米x10微米的片层上长出20-60微米高的平行纳米管。

“自然界中骨头、珍珠母、玻璃海绵和竹子中都常见有的交错结构，受这些坚韧天然材料的启发，碳纳米管的催化剂也交错着排列”，Liang补充说， “同时我们也要寻找方法将碳纳米管整合在一起，受到5000年前古代埃及亚麻织物拼接工艺的启发，我们尝试了几种机械方法，包括微轧和简单的机械压缩，来同时重新定向纳米管。那么最后，我们使用自驱动毛细管力将碳纳米管裹在了一起”。

“这项工作结合了巧妙的实验和建模，完成了非常精细的合成方法，”Tawfick说。 “柔性电子器件经受反复的弯曲和拉伸，这可能导致各种机械故障。这种新型碳纳米管纺织品可以用于智能纺织品，智能皮肤和各种柔性电子产品中。它们具有极高的韧性，可以代替薄金属薄膜，极大提升器件的可靠性。”