大大降低成本！韓國科研所使用碳納米管開發(fā)成本效益高、強度高的碳纖維復(fù)合材料

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碳納米管是一種新型材料，其強度是鋼的100倍，重量僅為鋼的四分之一，導(dǎo)電率與銅一樣高。如果可以使用碳納米管制造纖維，理論上，這些纖維可以超過現(xiàn)有碳纖維的性能，從而使基于碳納米管的纖維成為航空航天、軍事和未來移動行業(yè)的新材料。然而，在纖維中保持碳納米管的優(yōu)異性能是非常具有挑戰(zhàn)性的，并且由于碳納米管的極高成本，這種纖維的商業(yè)化很難實現(xiàn)。

韓國科學技術(shù)院（KIST，Seok Jin Yoon院長）全北先進復(fù)合材料研究所的Bon-Cheol Ku博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與蔚山國家科學技術(shù)院（UNIST，Yong Hoon Lee院長）的Han Gi Chae教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合作，開發(fā)了具有極高抗拉強度和高模量的碳納米管基碳纖維復(fù)合材料低成本制造技術(shù)。

一般來說，碳纖維被制造成基于聚合物聚丙烯腈（PAN）的高強度纖維或使用從熱解燃料油中提取的瀝青的高模量纖維。研究小組開發(fā)了一種技術(shù)，通過利用碳納米管和聚酰亞胺（PI），在保持高強度的同時大大改善了模量。該研究小組通過使用連續(xù)濕法紡絲工藝最初創(chuàng)建碳納米管和聚酰亞胺復(fù)合纖維，然后應(yīng)用高溫熱處理，成功地制造了具有高模量（528 GPa）和高強度（6.2 GPa）的纖維。報告的模量是市售纖維的1.6倍（約320GPa）。

此外，微觀結(jié)構(gòu)分析證實，通過減少纖維內(nèi)的空隙，制造的材料的物理性能得到了改善，而且碳納米管/聚酰亞胺化合物改善了碳納米管的取向。研究小組能夠制造出這些極高強度和模量的纖維，同時用低成本的聚酰亞胺取代多達50%的碳納米管以降低總體成本。

KIST的研究人員說："這項研究很有意義，因為通過使用低成本的聚合物，可以大大降低碳納米管基碳纖維的制造成本"。他補充說："這些新型碳纖維過去由于成本高而難以商業(yè)化，預(yù)計將用于航空航天、軍事和未來的移動行業(yè)。"這項研究是通過KIST的K-Lab和開放研究計劃以及貿(mào)易、工業(yè)和能源部的材料部件技術(shù)開發(fā)項目進行的。

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