碳納米管纖維的創新

碳納米管纖維原本屬于新型材料，其研發潛力不是傳統材料所能媲美的。美國化學和生物分子工程師馬蒂歐·帕斯夸利（Matteo Pasquali）在萊斯大學實驗室做的一份碳纖維試驗報告中說，最強和最能導電的纖維已開發出來。其原理是用經濕處理的紡絲再經長碳納米管加工制成。

研究人員指出，濕紡碳納米管纖維可引發許多醫療和材料應用領域的突破，這類材料每三年其強度和導電率就增強一倍，這一研發突破了近20年的技術屏障。他們雖然沒有遵循摩爾定律，卻為將來發展設定了幾十年的基礎。該專家團隊正是以其首創的制造碳納米管纖維的方法開創了碳納米管纖維的新紀元。

當然，這類螺線纖維暫時只能在實驗室中制造，其橫截面有數千萬根納米管，研究人員設法用作修復受損的心臟搭橋，或作為大腦替代物的接口，或用于人工耳蝸、柔性天線以及汽車和航空航天，但相關的研究尚需時日。

該研究項目屬于美國碳原子研究中心項目的一部分，也是一項多所大學介入的研發項目。萊斯大學還為此與多家公司聯手，在殼牌石油公司、普里斯米安公司和日本三菱公司的支持下于2019年發起研究，旨在創造零排放的未來。

帕斯夸利說，碳納米管纖維一直被認為是具有潛在優越特性的材料。萊斯大學和其他單位經20年的研究已逐漸使這一潛力變為現實。現在，他們最需要的是在全球范圍內努力提高研發效率，以使這些材料具有零二氧化碳排放，并有可能同時產生清潔氫氣的方式。

實驗室記錄的這類纖維特性，其韌性和強度已超過了凱夫拉纖維。這是他們在萊斯大學實驗室不斷改進其制造纖維方法的結果。這對研究智能紡織業來說是一項巨大的成就。其強度若再超一倍，則成為世界上強度最高的纖維。專家們將其稱為“萊斯纖維”，其柔韌性的抗拉強度為4.2千帕，而凱夫拉纖維的抗拉強度僅為3.6千帕。但是，這類纖維需要具備高晶體度的長納米管。也就是說，它的常規碳原子環陣列攜帶的缺陷需要更少，其強度就能更強。在萊斯實驗室加工過程中，他們還使用了酸性溶液，這有助于清除可能干擾纖維強度的雜質，并通過凈化來增強納米管的金屬性能。

其中納米管的長度與長寬比是驅動纖維性能形成的決定性因素。萊斯纖維使用了12微米納米管的表面積，這更能促進范德華鍵（van der Waals bonds）的生成。通過控制催化劑中金屬雜質的數量和非晶態碳雜質的數量，促成納米管的融合并優化溶液處理。

研究人員說，這些纖維的電導率已提高到每米10.9兆西門子。這是碳納米管纖維首次通過10兆閾值，所以這類納米管纖維已達到一個新的量級。按照標準的重量化，萊斯纖維可達到銅導電率的80%，但他們已經超過了鉑線，這因此給碳納米管纖維的研究突破創造了條件。

該實驗室的目標是提高優質纖維的效率，并使其價格便宜，創造足以納入大規模工業應用的條件。相關的溶液處理方式在其他種類的纖維生產中也很常見，包括凱夫拉工廠的加工原理，其他廠家也可使用他們熟悉的工藝生產，本質上它如其他合成纖維一樣，實用性很廣，因為它本身就可伸縮，并符合合成纖維的制造方式，而廠家無需進行重大重組。

有諸多業界以為，碳納米管永遠不可能超越人們幾十年來一直在爭論的所有特性。但萊斯纖維卻取得了劃時代的突破。這雖然說來容易做起來卻要花很多年才能實現。他們確信，在眾多科學家的努力下，這項技術將改變世界。介入其中還有諸多領域的科學家，如機械工程、電器和計算機工程、物理學和天文學、材料科學和納米工程領域的專家。該項目獲得美國空軍科學研究局、羅伯特·A·韋爾奇基金會、能源部高級制造局和高級研究計劃局等單位的支持。

（據美國《紡織世界》https://www.textileworld.com/textile-world/features/2021/02/no-limit-yet-for-carbonnanotube-fibers/近期資料）