西安交通大学王洪团队《天然·通讯》：超高导电性多功能 MWCNT 薄膜
时间: 2023-11-22 08:53:19 | 作者: 产品中心
碳纳米管因为其特别的结构，现已被大范围的运用于需求高强度，高柔韧性以及高导电性资料的范畴。其间碳纳米管膜则是一个重要的运用，可是这些杰出的特性在薄膜的微观制备上中任旧存在严重应战。常见的制备办法有真空抽滤和将CNT气凝胶环绕在滚筒上（环绕的 CNT 薄膜）。可是现在这两种办法制备的薄膜其功能间隔碳纳米管理论上的电导功能均具有很大的距离（~100 MS/m）。
基于此，西安交通大学王洪教授团队开发了一种具有金属特定导电性和高强度的高功能多功能 MWCNT 薄膜（图1）。这些MWCNT薄膜经过起浮化学气相堆积法组成，在高温下退火纯化并用浓 HCl 处理，最终运用氯磺酸（CSA）做处理增强其拉链效应而使薄膜的结构细密化。因为多壁碳纳米管的细密晶体结构，文章中制备的大尺度薄膜表现出高电磁搅扰屏蔽功率、高热电功率因数和高载流量功能，具有宽广的实践运用远景。该论文以“Acid enhanced zipping effect to densify MWCNT packing for multifunctional MWCNT films with ultra-high electrical conductivity”为题宣布在Nature Communications上。
作者经过退火和浓盐酸处理去除制备出的MWCNT薄膜的不导电的无定形碳和金属氧化物，然后有用的提升了薄膜的导电性。然后为了MXCNT具有更细密的结构和更高的结晶度，作者选用CSA进行了进一步处理。在CNT纤维中，CNT在用CSA处理后会带电荷，CSA具有许多正负位点，这些电荷位点经过库仑力添加了两个CNT之间的相互效果。因而，库仑力与范德华力的协同效果使得CNT进行高度堆积。细密化的薄膜具有更薄的厚度以及更高的导电性，CSA-MWCNT的σ⊥比原始MWCNT高约两个数量级。此外本中MWCNT中最大的σ比文献报道出的纯CNT和CNT膜高约10-20倍。σ和σ⊥的明显增强归因于拉链效应导致的MWCNT的密布堆积，因为液体的紧缩效应会将CNT拉在一起发生密布堆积。关于CSA-MWCNT薄膜，MWCNT 在CSA蒸腾期间经过范德华力集合在一起。此外，CSA是一种强酸，具有高吸湿性，它会使 MWCNT极化并去除 CNT 管周围的水分子以添加两个MWCNT之间的相互效果。
最终，CSA-MWCNT 薄膜的也展现出优异的机械功能。CSA-MWCNT薄膜沿环绕方向的拉伸强度经丈量约为2 GPa，比原始 MWCNT 薄膜高约8倍（图 3b）。CSA-MWCNT在垂直于环绕方向的抗拉强度方向也添加了约16倍。在平行和垂直于环绕方向的方向上添加的抗拉强度证明了CSA-MWCNT中两个碳纳米管之间相互效果的添加。
总结：在本文中作者开发了一种新式的 MWCNT 薄膜具有的超高电导率以及较好的机械功能。这种薄膜在大面积制备以及柔性电子器件中的运用具有巨大的潜力。
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