近日，华东理工大学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12.5 GPa的抗拉强度。其相关成果以“Improvement ofthe tensile strength of carbon nanotube fibers to 12.5 GPa by fluidics-inducedalignment and densification”为题发表在国际著名期刊Nature Communications上。
碳纳米管因其卓越的机械性能有望成为划时代的结构材料。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。
针对这一瓶颈，王健农教授团队创新性地提出了一种流体动力学诱导取向与致密化的新策略。该方法的关键在于利用高速乙醇射流作为微观“梳子”。液流在CNT表面产生剪切应力，驱动卷曲的CNT沿流动方向伸展和取向。在冲刷的同时进行拉伸。拉伸提供了轴向的宏观应力，而冲刷提供了微观尺度的剪切力。两者的结合实现了完美的纤维取向。
这项工作将宏观CNT纤维的拉伸强度史无前例地提升至12.5 GPa，比强度高达7.5 N/tex。这一数值不仅刷新了CNT宏观组装体的强度纪录，也标志着人类在“将纳米性能转移至宏观世界”这一宏伟目标上迈出了坚实的一步。
此工作得到了科技部重点研发计划（2018YFA0208404，2022YFA1203303）、国家自然科学基金委员会（52172089）项目的资助。
图例：（a）2毫米宽的CNT条带；（b）流体冲刷和拉伸后碳纳米管纤维的扫描电镜照片；（c）流体冲刷和拉伸后碳纳米管纤维的小角X射线散射图像；（d）纤维的抗拉强度和热导率与其他材料的对比。
