碳纳米管大变身！超高压力下获得高强度！

材料牛注：近日，科学家们通过对碳纳米管施加超高压力，证明了多层碳纳米管的互联性，得到了超高强度的碳材料，这种材料具有优良的机械性能和热导性能，可以被广泛应用于电池、平板电脑、手机触摸屏等电子产品中。

莫斯科物理技术学院(MIPT)新型超硬度和碳材料研究所(TISNCM)、莫斯科国立大学(MSU)和莫斯科国立钢铁合金学院的研究者们已经发现，我们可以通过一起熔融多层的碳纳米管来生产一种超强度材料。

根据这些科学家所说，这种材料具有非常高的强度，可以适应极其恶劣的环境状态，这对于航空航天工业领域来说是非常有用的。

该论文的作者做了一系列实验来研究高压对多层碳纳米管(MWCNTs)的影响。除此之外，他们模拟了碳纳米管在高压容器中的反应，之后发现多层碳纳米管(MWCNTs)的外表面的剪切应力应变行为导致它们相互结合在一起，这是由于多层碳纳米管(MWCNTs)要在外表面进行结构重组。然而，内部同轴的纳米管还是完整地保留了它们的结构：它们仅仅在压力下收缩，一旦卸掉压力之后，又恢复本来的形状。

这个研究的主要特点是它证明了管间的共价键引起了互联（聚合）的多层纳米管，生产这些纳米管比一个个生产单层纳米管要更加便宜。

Mikhail Y. Popov是莫斯科物理技术学院(MIPT)分子和化学物理系的教授，也是新型超硬度和碳材料研究所(TISNCM)功能纳米材料实验室的领导者，他评论道：“纳米管之间的这些连接仅仅能影响纳米管的外部管壁结构，然而内层仍然保持不变，这使得我们可以获得原始纳米管非凡的耐久性能。”

剪切金刚石砧(SDAC)就是用纳米管压力处理得到的，该实验在55Gpa的压力下进行，这个压力是马里亚纳海沟底部水压的500倍。压力腔由两块金刚石组成，材料样品在它们之间被压缩。剪切金刚石砧(SDAC)和其他类型的压腔不同，它可以通过旋转其中的一个砧来控制材料剪切变形。因而，剪切金刚石砧(SDAC)中的样品既承受着静力学压力又承受着剪切力，这种压力施加在正常方向和与样品表面平行的方向上。

科学家们通过电脑模拟，已经发现这两种压力可以以不同的方式影响纳米管的结构。静力学压力通过复杂的方式来改变纳米管的管壁几何结构，然而剪切力会引起外壁无定型区域发生sp3杂化，通过共价键来把它们和附近的碳纳米管结合在一起。当压力除去时，被连接的多层纳米管的内层形状又恢复如初。

碳纳米管由于具有独特的机械、热导性能，具有广泛的商业化应用范围。它们可以应用于蓄电池、平板电脑和手机触摸屏、太阳能电池、抗静电涂料以及这些电子产品的组合框架中。

原文链接：Pressure-welding nanotubes creates ultrastrong material.

文献链接：The unexpected stability of multiwall nanotubes under high pressure and shear deformation.

本文由材料人编辑部杨树提供素材，樊超编译，点我加入编辑部。

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