浙江大学高超教授：一维宏观纳米碳纤维的组装和力学性能综述
碳纳米管和石墨烯具有较好的力学性能和柔韧性、高电导、高热导等一系列优异特性，将纳米碳材料作为原材料，用于组装/制备新型的高强度、结构-功能一体化的宏观纤维材料已经由大量报道。
浙江大学高超教授近期在Nano-Micro Letters 上发表综述文章，总结了碳纳米管基和石墨烯基宏观纤维的组装方法，比较了这些纤维材料的力学性能，分析了力学性能的影响因素，最后一维碳纳米管基和石墨烯基宏观纤维的发展进行了展望。
图 1 a) 基于聚合物凝聚纺丝法纺丝CFs的实验装置示意图， b)CF的SEM图，c)在衬底上沉积的色带（黑色箭头表示主轴），d) DNA-SWNT纤维的SEM图，e) 覆盖DNA的SWNT管束横截面的放大图像，f)一个10米长的MWNT纤维缠绕在螺旋形阶梯上。
图 2 a) 偏光显微镜观察的分散在123%硫酸中的单壁碳纳米管，b) 碳纳米管a -1/2方向的场发射扫描电子显微镜（FEGSEM）图像，c)混炼和挤出整齐的单壁碳纳米管纤维的仪器设备，d)从毛细管中挤出的单壁碳纳米管液体流， e)一个30米长的水固化单壁碳纳米管纤维卷轴。
图 3 a) 纤维低倍SEM图， b) 纤维高倍SEM图， c,d) 中空的横截面的SEM图像，e)折叠丝带的SEM图像，f)固体纤维的SEM图像。
图 4 a )钨丝浸入单壁碳纳米管胶体溶液的光学照片（上插图；刻度栏5毫米)；在撤出过程中形成的单壁碳纳米管纤维（主面板；刻度杆10毫米）；下部插入SEM图像是在虚线圈中放大的单壁碳纳米管纤维（刻度杆10毫米）b) SWNT纤维的实验装置和形成机理图。
图 5 a) 从独立碳纳米管阵列中拉出的单个CF , b) 碳纳米管阵列的放大图像, c)碳纳米管阵列的SEM图像，d) a)中纱线的扫描电镜图像(插图是一个单线程的CFS的TEM图像)，e) CF的低倍SEM图像，f) CF的高倍SEM图像，g)CF在镍丝周围形成一个环，然后扭曲， h)双捻光纤的SEM图像。
图 6 a) 人的头发和两种生长的单壁碳纳米管纤维的光学图像，b) CF的低放大倍的SEM图像，c) CF的高放大倍的SEM图像，d) 单壁碳纳米管纤维的顶视图的HRTEM图像，e) 主轴对准25的直接纺丝工艺图，f) 炉轴线正常时的直接纺丝工艺图，g) 从主轴（左）到第二个主轴（右）CFS缺口照片，h) 低放大率下的CF的扫描电镜图像，i) 高放大率下的CF的扫描电镜图像，j) 从炉中取出的扭曲的CF，k) CFs弯曲引起的扭结的SEM图像，l) CFs反手结的SEM图像。
图 7 a) 2mm厚的碳纳米管薄膜制成的200nm厚CF的SEM图像，b) 左边示意图说明了加捻过程对薄膜延伸率的影响，右边分别为薄膜的无应变和应变部分的SEM图像，c) 弹簧状CNT的纺纱工艺图解，d) 一个4.4mm长的、高度一致的、完全排列的绳索的SEM图像，e) Fermat型卷轴的SEM图像，f) Archimedean型卷轴的SEM图像，g) 双阿基米德型卷轴的SEM图像，（插图中分别可以说明）；h,i) Si3N4NT@MWNT的双卷纱的SEM图，较亮的区域为多壁碳纳米管，j) TiO2@MWNT纱的SEM图，k) 95% LiFePO4@MWNT纱反手结的SEM图，l) 两个88% SiO2@MWNT纱之间的卡里克弯结，m) 缝在芳纶织物上的85% TiO2@MWNT纱的照片。
图 8 a) 拉伸-干燥纺丝工艺示意图和纺线状DWNT纤维的光学图像，b,c) CNT棉纤维的扫描电镜图像，d) 用金刚石拉丝模拉制CNT薄膜的纤维成形示意图。
图 9 a) 具有手性相指纹结构的GO水性分散体的POM观察，b,c) GO手性液晶的低温SEM图像和POM织构，d) GF的紧结，e,f) 使用多孔喷丝板生产GO纱线的照片，g) POM观察的凝胶态光纤GO的双折射，h) GO纤维的SEM图，i) GO纤维的放大截面。
图 10 A)GO纤维组装过程的SEM图像，B) 湿法纺丝GO纤维的装置示意图，C) 湿法纺丝GO纤维的组装机理。
图 11 a) GO多孔纤维的制备方案，f) GO中空纤维的制备方案，b) GPFs折叠的SEM图，c) GPFs拉伸的SEM图，d) GPFs断口形貌的SEM图，e) GPFs的核壳结构模型图，g) 凝固浴中GO-HFs的照片，i) 自然干燥的GO-HFs的照片，h) 自然干燥的GO-HFs的SEM图，j) 链状的GO-HF的照片。
图 12 a)同轴纺纱过程示意图，b) 湿GO@CMC纤维的放大图，d) GO@CMC纤维的放大图，c) 湿GO@CMC纤维的POM图表明核鞘结构和核心中对齐的GO表面，e) RGO@CMC同轴光纤的宏观照片，f) 两种完整的棉纤维同轴纤维，g) 基于两同轴光纤制作的超级电容器装置，h-j) 同轴光纤的扫描电镜图像，k) 横截面扫描电镜图像，l) 一个两层YSC侧视图，m) 一个两层YSC结的扫描电镜图像。
图 13 a-e) LCST策略示意图，f,g) 得到的复合纤维，h,j) GO-HPG纤维的断口形貌，k,i) 拉伸变形机理模型，m) GO-SA纤维的侧视图。
图 14 a) 附在硅衬底上的贻贝照片，b) 通过胶粘剂增强的一维排列的CFs的示意图，c) 纤维纺丝过程的扫描电镜观察，d) 纺布的扫描电镜观察，e) 致密CF的高放大倍率的SEM图像，f)h-PEI-C处理CF，g,h)CFs的力学曲线。
论文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40820-017-0151-7
来源：Nano-Micro Letters
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