隨著電子器件的小型化、智能化和使用環境的復雜化，普通的金屬導體材料已經不能滿足電子器件的發展需求，研究和開發下一代導體材料成為研究人員的目標之一。碳納米管因為具有良好的導電性、耐蝕性、低密度和機械強度，是最具潛力的下一代導體材料。但是，由于碳納米管之間弱的范德華力和明顯電子、聲子散射，當碳納米管組成宏觀結構（例如碳納米管纖維和薄膜）時，電學和力學性能都會有很大的損失。目前，研究人員主要通過在碳納米管宏觀體表面沉積金屬來改善電導率，但該方法致使復合材料強度降低。

針對這一問題，南京大學現代工程與應用科學學院孟祥康教授課題組通過磁控濺射工藝在碳納米管纖維表面沉積超薄的鋁-銅復合薄膜并經退火與致密化處理，使金屬元素擴散至碳納米管纖維內部形成納米顆粒達到降低碳納米管間的接觸電阻的目的，顯著提高了復合材料電導率。拉伸變形時，分布在碳納米管間的顆粒起到“橋接”的作用，分布在頂端的顆粒會起到“釘扎”作用，兩種納米顆粒增加了碳納米管之間的滑移阻力，從而顯著提高了復合材料抗拉強度和彈性模量。該結構實現了碳納米管金屬復合材料電導率和強度的同時增加，獲得了具有超高強度（6.6 GPa）、彈性模量（500 GPa）和電導率（1.8*107 S/m）的碳納米管鋁-銅納米復合材料。

(科學技術處 攝影)

碳納米管/鋁-銅復合纖維形貌和微觀結構、電導率vs強度關系及單軸拉伸增強機理

這項工作為碳納米管復合材料的設計提供了新的思路并推動了碳納米管金屬復合材料制備技術的發展。該工作以“Ultrastrong and Stiff Carbon Nanotube/Aluminum−Copper Nanocomposite via Enhancing Friction between Carbon Nanotubes”為題已在納米領域權威期刊Nano Letters發表（DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02332），一作和通訊作者單位均為南京大學，現代工程與應用科學學院博士生王耿潔為第一作者，操振華副研究員和孟祥康教授為通訊作者。