分子调控碳纳米管纤维转化与性能的同时提升

超长且对齐的碳纳米管（CNT）纤维的轴向性能高于参考工程材料，被证明是结构复合材料、能量存储及其他器件中的优异材料。对于通过浮动催化剂化学气相沉积（FCCVD）直接纺丝生产的 CNT 纤维——一种可放大的方法——挑战在于同时实现高工艺转化率和高效能性能。本工作通过建立合成条件、分子组成（即 CNT 类型）、纤维力学与电学性能以及转化率之间的关系，对 CNT 纤维纺丝工艺进行参数研究。它展示了拉伸性能（强度 2.1 N/tex，模量 107 N/tex）高于某些碳纤维，同时碳转化率约 5%，显著高于类似材料的文献值。转化率和性能的联合提升是通过在高温（1300 {\deg}C）下进行反应、使用甲苯作为碳源、以及调整促进剂与碳的比例（S/C）以有利于形成少层、塌缩的 CNT，从而在相对较高转化率下最大化堆积而获得的。较低的 S/C 比产生低缺陷单壁 CNT，但纤维更弱。还观察到电导率增加到 3 x 10^5 S/m，数据表明其与纵向模量相关。