科学家发现碳纳米管薄膜新特性
当大多数材料被拉向一个方向时,它们会在另一个方向变得更薄,这类似于橡皮筋被拉伸时的行为。然而,这种被称为“布基纸”的特殊设计的碳纳米管在拉伸时可以增加其宽度,在均匀压缩时其长度和宽度都可以增加。 普通材料拉伸时会横向收缩,这可以用泊松比来量化。泊松比是指材料在挤压或拉伸时的膨胀率或收缩率,也称为横向变性系数。两千年来,人们一直用泊松比作为酒瓶的软木。泊松比接近于零但为正的软木难以插入,但容易拔出,反之亦然。 达拉斯德克萨斯大学纳米技术研究所的研究人员通过干燥纤维浆(一种古老的制造普通信纸的方法)来制造纳米管薄膜(布基纸)。这种浆料是单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物。研究人员发现,增加布基纸中多壁碳纳米管的数量可以显著改变泊松比,从大约正0.06到负0.20。 研究人员说,这种变化可以通过比较碳纳米管和可折叠酒架的变形来理解。如果两个相邻的碳纳米管在一个压缩的酒架中连接成一根柱子,泊松比为正,当拉伸时酒架会变窄;相反,如果支撑被锁定以便不倒塌,但是支柱是可延伸的,则支柱长度的增加将产生负泊松比。 研究人员发现,与由单壁碳纳米管或多壁碳纳米管组成的碳纳米管相比,包含单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的碳纳米管膜的强度重量比、弹性模量重量比和刚度分别增加了1.6倍、1.4倍和2.4倍。 这一发现意味着通过混合不同类型的碳纳米管而增强的性能也可能延伸到纳米管薄膜和其他纳米管阵列,例如研究人员在2005年发明的纳米管扭曲。类似地,这种泊松比调节能力也可用于设计复合材料、人造肌肉、垫圈、应力和应变传感器以及基于纳米管膜的化学传感器。
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