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碳纳米管纤维

2022-11-18 来源:高分子物理学公众号 浏览数:1

高分子

物理

连续将废木质素加工成高价值碳纳米管纤维

 

碳纤维因其"轻而强""轻而硬"的特性,广泛应用于航空、航天、军工、体育休闲等多种领域,目前生产碳纤维的常见前体包括聚丙烯腈、石油沥青和一些再生纤维素。木质素作为仅次于纤维素的储量第二大天然高分子材料,含有大量的芳环结构,可作为制备碳纤维的前驱体。

碳纳米管(CNT)纤维是一种特殊的碳纤维材料,由多个碳纳米管组成,具有较高的比强度。目前制备碳纳米管纤维的方法包括湿法纺丝、阵列旋转和浮动催化剂化学气相沉积。此外,后处理通常用于改善碳纳米管纤维的机械、电气和热性能。然而,由于前体的化学结构较为复杂,从生物质中连续制备碳纳米管纤维仍存在很大的挑战。

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 图一  连续生产碳纳米管纤维的流程图

 

这篇文章中概述了其团队通过溶剂分散、高温热解 、催化合成、组装等方法,实现了木质素连续制备高性能 CNT 纤维。该木质素制备的碳纳米管纤维具有优异的机械性能和导电性,大大拓展木质素的应用领域。

作者团队对制取的CNT纤维进行了多项力学、电学和热学多角度全面测试,从实践上检验了利用这种新型合成碳纤维管纤维的方法的可行性及可靠性。这对于任何新方法制备的新材料的检验具有借鉴意义。

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 图二 木质素衍生的碳纳米管纤维的制备和性能

 

本篇文章从原料到制备方法及条件再到合成机理逐一向我们展示了CNT纤维的合成过程,最后通过性能表征让我们认识到CNT纤维优异的性能表现。作者证明了生物质资源也可作为碳纳米管的制备原料,而且制备出的木质素CNT纤维的力学性能、高热导率等超过了目前大多数报道的生物质衍生碳材料。

当前全球推行可持续发展战略,此举不仅为高性能碳纤维的制备提供了一种新的方法,还实现了生物资源的综合利用和可回收利用,为可持续发展注入了新生的力量。

 

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