金屬薄膜的結(jié)構(gòu)魯棒性（Robustness）對(duì)于健康監(jiān)測(cè)傳感器等智能柔性電子設(shè)備的可靠運(yùn)行十分重要。整齊排列的均一碳納米管薄片應(yīng)用范圍很廣，跨越從微觀(guān)到宏觀(guān)的多個(gè)尺度，包括微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、超級(jí)電容器電極、電纜、人造肌肉和多功能復(fù)合材料等。

    近日，受自然界及古代復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，伊利諾伊大學(xué)烏爾班納-香檳分校的的研究人員合成出了兼具高導(dǎo)電性及50倍于電子工業(yè)用銅膜韌性的碳納米管（CNT, Carbon Nanotube）編織物，有望大幅度增強(qiáng)柔性電子設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度及可靠性。值得一提的是，該研究首次將斷裂力學(xué)原理應(yīng)用于對(duì)碳納米管編織物的設(shè)計(jì)和對(duì)其納米結(jié)構(gòu)韌性的研究當(dāng)中。

    早在上個(gè)世紀(jì)九十年代，碳納米管就被稱(chēng)為“神奇材料”而應(yīng)用于多種納米技術(shù)當(dāng)中。“神奇材料”這種稱(chēng)法毫無(wú)疑問(wèn)是十分正確的。這些微小的圓柱結(jié)構(gòu)體由石墨烯薄片卷曲而成，直徑僅有幾個(gè)納米（大約為頭發(fā)絲的千分之一）。單根碳納米管的強(qiáng)度高于鋼鐵和碳纖維，密度小于鋁，且具有優(yōu)于銅的導(dǎo)電性。但是，利用碳納米管構(gòu)建如紡織品或薄膜等材料并在厘米或米的宏觀(guān)尺度下仍然能保持單根碳納米管的優(yōu)良特性卻十分困難。最大的挑戰(zhàn)來(lái)自于對(duì)碳納米管的組裝與編織，因?yàn)樘技{米管尺寸太小且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)很難控制。

    研究人員表示，正是由于對(duì)碳納米管編織物斷裂能的研究指導(dǎo)他們?cè)O(shè)計(jì)出了這些極其堅(jiān)韌的碳納米管薄膜材料。研究人員以標(biāo)題為“采用碳納米管毛細(xì)管拼接技術(shù)制備納米導(dǎo)電編織物”的研究論文，將其研究成果發(fā)表在《先進(jìn)工程材料》期刊上。

    具體工藝細(xì)節(jié)如下：

    最初，研究人員將催化劑放置在氧化硅襯底上，利用化學(xué)氣相沉積法沿垂直方向生長(zhǎng)碳納米管并將其平行排列成5微米寬、10微米長(zhǎng)、20到60微米高的形狀。

    工藝中交錯(cuò)排列的催化劑圖形受到了磚塊和灰漿設(shè)計(jì)思想的啟發(fā)，這樣的材料組織結(jié)構(gòu)在一些堅(jiān)固的天然材料中很常見(jiàn)，如骨骼、珍珠層、玻璃海綿和竹子等。而對(duì)于如何將碳納米管固定在一起，研究人員借鑒了五千多年前古埃及人制作亞麻紡織品時(shí)所采用的拼接工藝。通過(guò)對(duì)包括微軋和簡(jiǎn)單機(jī)械壓縮等多種機(jī)械方法的嘗試，他們最終選擇利用自驅(qū)動(dòng)毛細(xì)作用力將碳納米管固定在一起。

    柔性電子設(shè)備需要經(jīng)受重復(fù)的彎曲和拉伸動(dòng)作，極易出現(xiàn)機(jī)械故障。將新型碳納米管編織物簡(jiǎn)單封裝在彈性體陣列中，可被用于智能紡織品、智能皮膚以及更重柔性電子設(shè)備的制作當(dāng)中。由于具有極高的韌性，新型碳納米管編織物將成為金屬薄膜材料的替代材料使柔性電子設(shè)備的可靠性得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所 李鐵成）

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：劉洋

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部
電話(huà)：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414