高强碳纳米管纤维的制备发展、性能强化及应用探索

孙奥1,2，许诺1,2，王越凡1,2，徐家琦1,2，史子峥1，张霄1,2, （1.北京凝聚态物理国家研究中心 中国科学院物理研究所；2. 中国科学院大学）

摘要：碳纳米管纤维（CNTF）作为亿万单根碳纳米管（iCNT）组成的宏观体材料，曾长期受制于微观结构排布无序、松散等问题，其力学性能相较于单根CNT 产生几个数量级的衰减。近十年来，随着CNTF 制备技术的革新，不仅实现了工业级的连续批量生产，其成本也在规模效应下大幅下降至接近高性能商业纤维。而基于多种强化新技术的发现，高性能CNTF 得以兼具高强度、中高模量、高电导率、高热导率、高柔性、低密度等优异的综合特性，不仅实现了对标杆型商业纤维特征性能的赶超，也在航空航天多功能结构材料、多功能导电缆线和新型机械能收集领域开展了广泛的应用探索。本文总结了近十年来CNTF 三种制备技术的改良、后处理性能强化及其机理、多级结构失效机制以及应用探索等重要进展，旨在厘清从纳米尺度特性到宏观性能传递的关键瓶颈，并探讨未来CNTF进一步趋近单根卓越性能的可行路径以及广泛应用的前景。

关键词：碳纳米管纤维；碳纳米管；高强度纤维；热导率；航天结构材料