發(fā)現(xiàn)：碳納米管薄膜新特性可用于復(fù)制肌肉
2008-04-30 來源：中國聚合物網(wǎng)
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美國得州大學(xué)達(dá)拉斯分校的納米技術(shù)團(tuán)隊(duì)和巴西合作者共同研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管薄膜在拉伸或均勻壓縮時(shí)，可產(chǎn)生奇特的力學(xué)性能。這些意外但十分有用的性能可用于制作復(fù)合材料、人工肌肉、密封墊圈或傳感器。該研究成果發(fā)表在4月25日出版的美國《科學(xué)》雜志上。
大多數(shù)材料在被拉往一個(gè)方向時(shí)，另一方向就會(huì)變薄，這類似于橡皮筋被伸展時(shí)的表現(xiàn)。不過，這種特別設(shè)計(jì)的被稱為“巴基紙”的碳納米管在伸展時(shí)可增加寬度，在均勻壓縮時(shí)長(zhǎng)度和寬度均可增加。
普通材料在拉伸時(shí)會(huì)橫向收縮，這種現(xiàn)象可通過泊松比來量化。泊松比是指材料受擠壓或拉伸時(shí)的膨脹率或收縮率，也叫橫向變性系數(shù)。兩千年來，人們其實(shí)一直在以酒瓶軟木塞的形式使用泊松比。具有近于零但為正值泊松比的軟木塞較難插入但很容易拔出，反之亦然。
通過使用一種制造普通書寫紙的古老方法——將纖維稀漿干燥化，得州大學(xué)達(dá)拉斯分校納米技術(shù)研究所研究人員制造出了納米管薄膜（巴基紙）。這種稀漿是單壁碳納米管和多壁碳納米管的混合體。研究人員發(fā)現(xiàn)，增加巴基紙中的多壁碳納米管數(shù)量可將泊松比從大約正0.06急劇轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)0.20量級(jí)。
研究人員稱，這種變化可通過將碳納米管的變形與可折疊的葡萄酒架相比來理解。如果兩個(gè)相鄰的碳納米管連接配合成像一個(gè)壓縮的葡萄酒架中的支柱，泊松比為正值，在受到拉伸時(shí)支架就會(huì)變窄；相反，如果支架被鎖定使其不再塌陷，但支柱是可伸展的，支柱長(zhǎng)度的增加就產(chǎn)生了負(fù)的泊松比。
研究人員發(fā)現(xiàn)，含有單壁碳納米管和多壁碳納米管的碳納米管薄膜與單純由單壁碳納米管或多壁碳納米管組成的碳納米管相比，強(qiáng)度－重量比、彈性模量－重量比和剛度分別提高了1.6倍、1.4倍和2.4倍。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)意味著，通過混合不同類型碳納米管所增強(qiáng)的特性也可能延伸到納米管薄膜和其他納米管陣列，譬如研究人員于2005年發(fā)明的納米管捻紗。同樣，這種泊松比的調(diào)節(jié)能力也可用來設(shè)計(jì)基于納米管薄膜的復(fù)合材料、人工肌肉、密封墊、應(yīng)力和應(yīng)變傳感器及化學(xué)傳感器。
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