世界上最坚韧的纤维
美国德克萨斯大学（达拉斯）的化学家们最近研制成功了一种纤维，其坚韧度是蜘蛛丝的四倍，成为世界上最坚韧的纤维，这一研究成果发表在最近出版的Nature杂志上（Dalton et al., Nature 423,703, 2003）。这种纤维将带来诸多领域的变革，如它可替代现在使用的防弹背心材料，可作为超级电容器为传感器、电子电路和通讯传动装置提供电力，可作为无人驾驶飞机的“智能肌肤”等。自从1991年碳纳米管被发现以后，研究人员就梦想用碳纳米管这一微小的全碳圆柱线制成纤维，因为单根碳纳米管中相邻原子之间的强化学键合使碳纳米管成为最坚韧的材料。但人为地将单独的碳纳米管缠绕成纤维是一极具挑战的研究领域。三年前，法国科学家在碳纳米管和聚合物（聚乙烯醇，PVA）的混合方面取得了进展（Brigitte Vigolo et al., Science 290, 1331, 2000），在他们制成的纤维中，类似于意大利通心粉的PVA绳将碳纳米管包裹在空心中，使碳纳米管束缚在一起并沿轴向定向排列，但当研究人员将PVA洗去后，碳纳米管纤维的长度只有20厘米长。
美国德克萨斯大学化学家Ray Baughman领导的研究组改进了法国科学家的方法并获得重大进展。他们除了不洗去碳纳米管混合物中的PVA外，还改进了纤维拉丝的工艺。通过这些改进，他们取得了显著的进步：获得了几百米长的纤维，其坚韧度比蜘蛛丝高4倍，比现在用于制作防弹服的凯夫拉尔高17倍。这种纤维的刚度和强度是钢材料的两倍，与相同重量的钢丝相比，其坚韧度是钢的20倍。实验测量获得的坚韧度可与最近合成的20厘米超长碳纳米管束（Zhu, H. W. et al. Science 296, 884, 2002）相比拟，表明这一研究充分发挥了碳纳米管的高坚韧度特点。
图1. 纳米管纤维被织在普通纤维中
Baughman的研究组将一对盘旋缠绕的纤维通电后，在两根纤维间产生了一个电势，形成了一个超级电容。这一超级电容纤维（直径100 m）的电容可达每克5法拉第，能量存储密度在1伏电压下高达每千克0.6 瓦小时，与现有的大型商用电容器相当，而且在1200次的充放电过程中未发现性能变化。研究人员将超级电容纤维与通常的纤维织在一起，制成了一个电子纺织布的原型,当与电源相接后可以为纤维中的电子元件提供动力。
赖斯大学纳米技术专家Wade Adam说，这种高强度、电活性的纤维无疑会有丰富的应用领域，但他认为德克萨斯大学的这一成果给人印象最深的还是纤维强度。但是不要希望这种纤维很快就能制成纺织物，目前这一新型纤维中使用的单壁碳纳米管的价格为每克350美圆，一件一千克的纳米纤维服装的价格将高达35万美圆，成本的降低还取决于碳纳米管的大规模生产。
相关链接（英文）
1．Super-tough Carbon-nanotube fibres
2．UTD chemists spin big ideas from tiny fibers
3．Nanofiber Fabric Unveiled
相关附件