近日，我院微纳功能碳材料及应用课题组在碳纳米管纤维界面增强研究方面取得进展，相关成果以“Carbon Nanotube/Polymer Coaxial Cables with StrongInterface for Damping Composites and StretchableConductors”为题发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上，该论文第一作者为我院2021级博士研究生常书龙，上媛媛副教授和北京大学曹安源教授为通讯作者。

碳纳米管纤维具有高抗拉强度（可达2 GPa以上），同时其导电和导热性能优良，也有很好的柔性。目前研究人员通过干纺或湿纺等方法可连续制备千米级的连续碳纳米管纤维，为产业化和应用探索打下了良好基础。将碳纳米管纤维与环氧树脂等有机高分子材料复合，有望替代传统碳纤维制备增强复合材料，并利用高导电的碳纳米管网络和特定功能的聚合物基体开发导电、传感、致动等多种功能和应用。碳纤维增强减重复合材料已经在航空航天、汽车等领域广泛应用，然而碳纤维的表面光滑，与树脂基体的结合作用不强，导致较弱的载荷传递界面并限制了复合材料的强度和韧性。未来在走向实际应用的过程中，碳纳米管纤维复合材料也将面临类似的界面问题。如何设计和构建强的界面是开发高性能连续纤维增强复合材料所面临的重要挑战之一。

通过化学气相沉积法在单壁碳纳米管（SWNT）纤维上直接生长均匀覆盖、厚度从几十微米到数毫米可调的多壁碳纳米管（MWNT）海绵，并且可利用SWNT纤维的柔性设计制备中国结等复杂的编织结构。他们将不同聚合物（如环氧树脂、PDMS等）直接渗透进多孔的MWNT海绵内部，制备了具有高界面强度的碳纳米管/聚合物复合同轴电缆。形貌表征及光谱分析发现，位于SWNT纤维和MWNT海绵中间的一个生长起始阶段形成的几微米厚度的无定形碳层对界面性能起到关键作用，而该无定形碳的形成与加捻SWNT纤维过程中引入的残余内应力有关。环氧树脂渗透入MWNT海绵后可直达无定型碳层，使同轴复合电缆实现了高界面剪切强度（>12 MPa），抑制了拉伸过程中SWNT纤维从周围树脂基体中的滑脱，同时提升了其断裂强度和韧性。由于MWNT在树脂基体中的均匀分散，该复合材料在动态力学测试中展示了较高的机械阻尼性能。利用PDMS良好的可拉伸性以及内嵌MWNT网络与PDMS的协同形变，也可将复合材料应用于具有较稳定电导率的柔性可拉伸导体或电极，并且通过设计螺旋型的SWNT纤维来提高最终复合材料的拉伸应变和循环稳定性。这项工作为开发连续碳纳米管纤维基功能复合材料提供了一条可能的途径。

该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后科学基金等项目的支持。

论文连接：https://doi.org/10.1002/adfm.202112231