高分子

物理

連續(xù)將廢木質(zhì)素加工成高價值碳納米管纖維

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碳纖維因其"輕而強"和"輕而硬"的特性，廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工、體育休閑等多種領(lǐng)域，目前生產(chǎn)碳纖維的常見前體包括聚丙烯腈、石油瀝青和一些再生纖維素。木質(zhì)素作為僅次于纖維素的儲量第二大天然高分子材料，含有大量的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，可作為制備碳纖維的前驅(qū)體。

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碳納米管（CNT）纖維是一種特殊的碳纖維材料，由多個碳納米管組成，具有較高的比強度。目前制備碳納米管纖維的方法包括濕法紡絲、陣列旋轉(zhuǎn)和浮動催化劑化學(xué)氣相沉積。此外，后處理通常用于改善碳納米管纖維的機械、電氣和熱性能。然而，由于前體的化學(xué)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從生物質(zhì)中連續(xù)制備碳納米管纖維仍存在很大的挑戰(zhàn)。

 圖一  連續(xù)生產(chǎn)碳納米管纖維的流程圖

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這篇文章中概述了其團隊通過溶劑分散、高溫?zé)峤?/font> 、催化合成、組裝等方法，實現(xiàn)了木質(zhì)素連續(xù)制備高性能 CNT 纖維。該木質(zhì)素制備的碳納米管纖維具有優(yōu)異的機械性能和導(dǎo)電性，大大拓展木質(zhì)素的應(yīng)用領(lǐng)域。

作者團隊對制取的CNT纖維進(jìn)行了多項力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)多角度全面測試，從實踐上檢驗了利用這種新型合成碳纖維管纖維的方法的可行性及可靠性。這對于任何新方法制備的新材料的檢驗具有借鑒意義。

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 圖二 木質(zhì)素衍生的碳納米管纖維的制備和性能

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本篇文章從原料到制備方法及條件再到合成機理逐一向我們展示了CNT纖維的合成過程，最后通過性能表征讓我們認(rèn)識到CNT纖維優(yōu)異的性能表現(xiàn)。作者證明了生物質(zhì)資源也可作為碳納米管的制備原料，而且制備出的木質(zhì)素CNT纖維的力學(xué)性能、高熱導(dǎo)率等超過了目前大多數(shù)報道的生物質(zhì)衍生碳材料。

當(dāng)前全球推行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，此舉不僅為高性能碳纖維的制備提供了一種新的方法，還實現(xiàn)了生物資源的綜合利用和可回收利用，為可持續(xù)發(fā)展注入了新生的力量。