近日，我校机械与动力工程学院王健农教授课题组在高性能碳纳米管纤维材料的连续制备和性能优化方面取得重要进展。所制备的碳纳米管纤维具有较高的纯度、良好的取向性和致密性，具有高达8.0GPa的抗拉强度。相关成果以“High-Strength Carbon NanotubeFibers from Purity Control by Atomized Catalytic Pyrolysis and Alignment Improvement by Continuous Large Prestraining”为题发表在纳米领域国际著名期刊NanoLetters上。
自1991年被首次报道以来，碳纳米管因其卓越的机械性能而备受关注，并在诸多领域都具有巨大的应用潜力。然而，当碳纳米管被组装成宏观材料（如碳纳米管纤维）用于实际应用时，只有很小一部分的性能实现了从纳米尺度到宏观尺度的转化。因此，如何将纳米尺度下碳纳米管的高强度传递到宏观纤维上仍是一项重大的技术挑战。
针对上述问题，王健农教授课题组创新地采用雾化催化热解法制备碳纳米管纤维。该方法有效改善了催化剂的催化效率，使制备的碳纳米管纤维具有较高的纯度。在此基础上，对碳纳米管纤维进行连续的预拉伸和辊压处理，极大地提高了碳纳米管纤维的取向性和致密性，所制备的碳纳米管纤维具有高强度（8.0GPa）、高杨氏模量（350GPa）和高延伸率（4%）的优异性能。该抗拉强度领先于所有人造宏观纤维的强度值，这将为高性能碳纳米管宏观材料的开发提供一种新的策略。
该工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委等项目的资助。
图例：（a）所制备的碳纳米管纤维；（b）纯化、预拉伸和辊压后碳纳米管纤维的SEM照片；（c）优化过程示意图；（d）纯化、预拉伸和辊压后碳纳米管纤维的应力-应变曲线
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02707