（圖片來源：德州農工大學）

 

據外媒報道，美國德州農工大學（Texas A&M University）的研究人員采用了一種稱作纖維素納米晶體（cellulose nanocrystal）的天然植物產品，將碳納米管均勻地固定和包裹在碳纖維復合材料上。研究人員表示，他們的方法比傳統方法速度更快，而且可以用于設計納米大小的碳纖維復合材料。

 

復合材料都是分層構建的，例如，聚合物復合材料由纖維層（如碳纖維或芳綸纖維）以及聚合物基質制成。此種分層結構也是復合材料弱點的根源，分層的任何損傷都會導致裂縫，導致脫層（delamination）。

 

為了提高碳纖維材料的強度并實現其他理想的性能，例如電導率和導熱率，通常都會添加碳納米管。然而，在復合材料中添加碳納米管的化學工藝經常導致納米顆粒聚集，降低了此類顆粒的整體效益。

 

研究人員表示：“這個問題就跟把粗咖啡粉加入牛奶一樣，粉末會互相粘在一起。為了充分利用碳納米管，先需要讓它們彼此分離，再以某種方式，讓其集成到碳纖維復合材料中的特定位置。”

 

為了讓碳納米管均勻分布，研究人員開始研究纖維素納米晶體，此種化學物可以輕易從回收木漿中獲取，既有吸水分子，也有排水分子，此種獨特的分子結構使其成為一種理想的解決方案，可以打造納米復合材料。

 

纖維素納米晶體的疏水部分與碳纖維結合，并將其固定在聚合物基質上。此外，吸水部分有助于均勻地分散碳纖維，就像糖在水中均勻溶解，而不是結塊沉到杯底。

 

在實驗中，研究人員采用了一種商用碳纖維布。在這塊布中，加入了纖維素納米晶體和碳納米管制成的水溶液，然后利用強振動，將它們混合在一起。后，將材料干燥，并在上面散布樹脂，以逐漸形成涂覆碳納米管的聚合物復合材料。

 

之后，研究人員用電子顯微鏡檢查了該復合材料樣品，發現纖維素納米晶體附著在碳納米管的尖端，讓碳納米管也朝著相同的方向。此外，根據對材料在極端載荷下力學性能的測試，還發現，纖維素納米晶體讓復合材料的抗彎能力提高了33%，層間強度提高了40%。

 

研究人員表示：“在該項研究中，我們采用了從納米尺度設計復合材料的方法，從而可以讓我們從宏觀上更好地控制聚合物復合材料的性能。我們認為，我們的技術可以擴大混合復合材料的加工規模，對航空和汽車制造等很多行業帶來好處。”