借3D打印，科學(xué)家用納米纖維素和碳納米管合成出高強度導(dǎo)電纖維

(a)3D打印的可編程CNF-NFC三層導(dǎo)電線路.(b)線路結(jié)構(gòu)橫截面的掃描電鏡圖像.(c-d)掃描電鏡圖像，展示出了良好的層間粘和性

納米纖維素（NFC）和碳納米管（CNT，又名巴基管）都是十分有前途的新材料 — 前者結(jié)實輕巧，未來有望取代金屬和塑料，后者則具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。那么，如果將二者結(jié)合，會不會產(chǎn)生更驚人的結(jié)果呢？對此，美國馬里蘭大學(xué)（UMD）給出了肯定的回答 — 借助3D打印技術(shù)，他們將NFC和CNT融合成了一種新的微纖維材料，而它既擁有很高的強度又具有很好的導(dǎo)電性，在能量存儲、熱量管理和可穿戴電子產(chǎn)品方面都有望得到應(yīng)用。

據(jù)南極熊了解，這種新型NFC-CNT材料是通過一種快速且可擴展的3D打印方法制成的，同時具有很高的機械強度和導(dǎo)電性，所以如果用于制造電容器或電池，可明顯提高它們的性能并降低成本。

“碳納米管表面共價修飾和有機表面活性劑是將CNT分散于水溶液中的常規(guī)方法，但二者均會降低CNT的機械強度和導(dǎo)電性，”能源研究中心的助理教授胡亮冰（譯名）表示，“所以，我們改用了NFC顆粒，將其作為分散劑和最終復(fù)合纖維中的加強?！?/font>

在已經(jīng)發(fā)表于《Small Methods》期刊的論文中（點擊這里查看或購買），UMD團隊詳細描述了合成這種新材料的過程：利用一種氧化NFC，他們成功將CNT分散到了水溶液中，從而得到了一種具有明顯剪切稀化特性的混合溶液。其中，NFC和CNT的纖維排列得都很均勻，而這就改善了它們之間的相互作用和滲透，實現(xiàn)了出高機械強度（247±5MPa）和高電導(dǎo)率（216.7 ±10 S cm -1）的融合。

值得一提的是，團隊通過3D打印實現(xiàn)一維纖維構(gòu)造是基于水和酒精之間的一種溶劑交換作用。他們將被NFC分散的CNT溶液擠壓到了凝固的酒精浴中，然后通過溶劑交換得到了穩(wěn)定的凝膠纖維，最后將其取出在室溫下干燥。在剪切力和干燥過程中張力的作用下，這種構(gòu)成材料的“磚塊”會沿著纖維長度的方向自動排成一行，最終形成一種高度對準的超細纖維。

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編譯自 3DPRINT