西北大學(xué)的嘉興黃準(zhǔn)備重新點(diǎn)燃碳納米管研究。而他正在使用曾經(jīng)用于家用清潔劑的普通化學(xué)品。

通過使用廉價(jià)的，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)的簡(jiǎn)單溶劑甲酚，Huang發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以將碳納米管分散在前所未有的高濃度，而無需使用添加劑或苛刻的化學(xué)反應(yīng)來改性納米管。在一個(gè)令人驚訝的轉(zhuǎn)折中，Huang還發(fā)現(xiàn)，隨著納米管濃度的增加，材料從稀釋的分散體轉(zhuǎn)變?yōu)闈獬淼暮隣钗铮缓笫亲粤⑹侥z，最后是可以成形和模塑的可捏合面團(tuán)。

“由于其優(yōu)異的機(jī)械，熱學(xué)和電學(xué)性能，碳納米管在許多應(yīng)用中引起了很多關(guān)注，”西北麥考密克工程學(xué)院材料科學(xué)與工程教授黃說。“但經(jīng)過數(shù)十年的研究和開發(fā)，一些興奮已經(jīng)消退。”

原因?碳納米管的加工非常棘手 - 特別是大量加工。據(jù)稱，人造毛發(fā)結(jié)構(gòu)比人類頭發(fā)薄約10,000倍，比鋼更強(qiáng)，導(dǎo)熱和電力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于銅。但是當(dāng)大規(guī)模生產(chǎn)時(shí) - 通常是粉末形式 - 管子會(huì)扭曲并聚集在一起。這種復(fù)雜性是材料廣泛應(yīng)用的主要障礙。

“聚合管難以分散在溶劑中，”黃說。“如果你不能獲得良好的分散性，那么你將無法制造出許多應(yīng)用所依賴的高質(zhì)量納米管薄膜。”

為了繞過這個(gè)問題，以前的研究人員使用添加劑涂覆納米管，這些納米管化學(xué)改變了它們的表面并迫使它們分離。雖然這些方法確實(shí)有效，但它們會(huì)留下殘留物或改變納米管的表面結(jié)構(gòu)，這會(huì)削弱它們所需的性能。

相比之下，黃的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)甲酚不會(huì)破壞碳納米管的表面功能。并且，在分離纏結(jié)管之后，研究人員可以通過將其洗掉或加熱直至其蒸發(fā)來簡(jiǎn)單地去除化學(xué)品。

找到意想不到的揉捏

在解開制造碳納米管濃度越來越高的新方法后，黃和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了新的材料形式。隨著碳納米管濃度的增加，材料從稀釋的分散體轉(zhuǎn)變?yōu)榭赏磕ǖ暮隣钗?，轉(zhuǎn)變?yōu)樽粤⑹侥z，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡蠛系拿鎴F(tuán)。這些各種形式可以模塑，再成形或用作3D打印的導(dǎo)電油墨。

“納米管的面團(tuán)狀態(tài)令人著迷，”黃氏實(shí)驗(yàn)室研究生，該論文的第一作者Kevin Chiou說。“就像橡皮泥一樣，它可以很容易地成型并成型為任意結(jié)構(gòu)。”

“從本質(zhì)上講，這種溶劑系統(tǒng)現(xiàn)在使納米管表現(xiàn)得像聚合物一樣，”Huang說。“看到基于甲酚的溶劑一旦難以加工的碳納米管就像常見的塑料一樣可用，真是令人興奮。”