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              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

              3D打印動態(tài)
              2017
              09/28
              19:26
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              (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。

              延伸閱讀:
              《碳纖維遭遇強勁挑戰(zhàn)!納米纖維素進入3D打印領(lǐng)域》
              《碳納米管焊接法:可將FDM 3D打印件強度提高近3倍!》

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              編譯自 3DPRINT


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