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    單根碳納米管具有優(yōu)異的力、電、性能，開發(fā)超強(qiáng)多功能碳納米管宏觀材料一直是材料領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。然而，受限于傳統(tǒng)碳納米管分散和取向技術(shù)的限制，碳納米管優(yōu)異的性能至今未能在材料中得以充分發(fā)揮。

    中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所李清文課題組以可紡絲碳納米管陣列為基礎(chǔ)材料，發(fā)展了干法制備高性能碳納米管功能復(fù)合材料，為實(shí)現(xiàn)碳納米管在復(fù)合材料中的高負(fù)載、高取向及定向電子傳遞探索了新的制備思路。主要的研究成果包括：

    1）通過取向碳納米管薄膜的層–層固態(tài)組裝制備了高強(qiáng)度、高導(dǎo)電及可折疊的碳納米管膜。此制備過程工藝簡單，只需將碳納米管薄膜從陣列中連續(xù)拉出，后經(jīng)纏繞而成，而無需經(jīng)歷傳統(tǒng)碳納米管巴基紙復(fù)雜的溶液處理過程。該碳納米管紙拉伸強(qiáng)度高達(dá)2 GPa，模量高達(dá)90 GPa，力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的碳納米管、石墨烯等納米碳膜（圖1）。此外，由于納米碳膜中碳管高的長徑比和取向度，具有非常好的柔韌性和高導(dǎo)電性，在經(jīng)歷數(shù)千次小曲率半徑彎曲后電阻無明顯變化。相關(guān)工作發(fā)表在近期的ACS Nano（2012, 6, 5457–5464）上。

    2）與美國北卡羅來納州立大學(xué)YT Zhu教授課題組合作，在碳納米管薄膜纏繞的過程中，通過噴霧法引入聚合物，得到高碳納米管含量的聚合物復(fù)合材料。該復(fù)合材料呈現(xiàn)出比碳纖維復(fù)合材料更優(yōu)異的力學(xué)和導(dǎo)電性能，如圖2所示。相關(guān)工作發(fā)表在Carbon（2011, 49, 4786–4791），Material Research Letters（Accepted）和Composites Science and Technology（2012, 72, 1402–1407）等雜志上。

    3）利用取向碳納米管薄膜定向的電子輸運(yùn)特點(diǎn)，首次報(bào)道了具有梯度變色的碳納米管/氧化鎢復(fù)合柔性薄膜。相關(guān)工作發(fā)表在近期的Chem. Commun.（2012,48, 8252-8254）上。

    以上工作得到了973、國家自然科學(xué)基金、科技部等的支持。

圖1 超強(qiáng)納米碳紙的制備過程以及力學(xué)性能

圖2 碳納米管/聚合物復(fù)合材料（a）及其電學(xué)性能（b）