美國德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員使用一種稱為纖維素納米晶體的天然植物產(chǎn)品，將碳納米管均勻分布在碳纖維復(fù)合材料上。電子顯微照片顯示碳纖維表面上的納米晶體。用超細(xì)碳纖維束增強(qiáng)的聚合物是復(fù)合材料的縮影，這種復(fù)合材料像羽毛一樣輕，像鋼鐵一樣堅(jiān)固，這使其在許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。如果添加碳納米管，則可以進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合材料的功能，但是用于整合碳納米管的化學(xué)過程最終使它們在復(fù)合材料上的分布不均勻，這限制了強(qiáng)度和其他有用特性的最終實(shí)現(xiàn)。研究人員說，他們的方法比傳統(tǒng)方法更快，并且可以從納米尺度設(shè)計碳纖維復(fù)合材料。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會（ACS）應(yīng)用納米材料雜志的網(wǎng)站上。

復(fù)合材料由層組成。例如，聚合物復(fù)合材料由諸如碳纖維和芳族聚酰胺纖維的纖維層和聚合物基質(zhì)組成。這種分層結(jié)構(gòu)正是復(fù)合材料薄弱的根源。對該層的任何損壞都會導(dǎo)致破裂。技術(shù)上稱為分層。為了增加強(qiáng)度并賦予碳纖維復(fù)合材料其他期望的質(zhì)量，例如電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，通常添加碳納米管。然而，用于將碳納米管整合到這些復(fù)合材料中的化學(xué)過程經(jīng)常引起納米顆粒的聚集，從而降低了添加這些顆粒的總體益處。工程技術(shù)和工業(yè)布局部助理教授Amir Asadi博士說：“使用納米顆粒的問題就像在牛奶中添加粗咖啡粉。粉末結(jié)塊或粘在一起。為了充分利用碳納米管，它們需要彼此結(jié)合。分開，然后以某種方式將碳納米管分布到碳纖維復(fù)合材料中的特定位置。為了使碳納米管更均勻地分布，Asadi和他的團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了纖維素納米晶體，這是很容易從回收木漿中獲得的化合物。這些納米晶體具有可以吸收水和其他物質(zhì)的分子。疏水部分的碎片。這種獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)為構(gòu)建納米級復(fù)合材料提供了理想的解決方案。該纖維素納米晶體的疏水部分與碳纖維結(jié)合并固定在聚合物基質(zhì)上。另一方面，納米晶體的親水部分有助于將碳纖維均勻分散，就像糖（它是親水的）一樣，均勻地溶解在水中而不是凝結(jié)并沉入杯子底部。我們在實(shí)驗(yàn)中使用了商用碳纖維布。他們在此布中添加了含有纖維素納米晶體和碳納米管的水溶液，然后將它們?nèi)縿×艺駝?。最后，他們把布擦干了?nbsp;

然后在其上施加樹脂以逐漸形成碳納米管涂層的聚合物復(fù)合材料。示意圖顯示纖維素納米晶體有助于碳納米管均勻分布在碳纖維復(fù)合材料上。在取樣時，Asadi和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)纖維素納米晶體附著在碳納米管的尖端，使納米管面對相同的方向。根據(jù)材料在極限載荷下的機(jī)械性能測試，他們還發(fā)現(xiàn)，纖維素納米晶體的復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度提高了33％，層間強(qiáng)度提高了40％。 Asadi說：“在這項(xiàng)研究中，我們采用了一種使用纖維素納米晶體從納米級設(shè)計復(fù)合材料的方法。這種方法使我們可以更好地控制聚合物復(fù)合材料的宏觀性能。我們相信，我們的技術(shù)是增加混合復(fù)合材料加工規(guī)模的一種方式，適用于許多行業(yè)，包括航空和汽車制造業(yè)。 ”