使碳纳米管可用作普通塑料

西北大学的嘉兴黄准备重新点燃碳纳米管研究。而他正在使用曾经用于家用清洁剂的普通化学品。

通过使用廉价的，已经大规模生产的简单溶剂甲酚，Huang发现了一种方法，可以将碳纳米管分散在前所未有的高浓度，而无需使用添加剂或苛刻的化学反应来改性纳米管。在一个令人惊讶的转折中，Huang还发现，随着纳米管浓度的增加，材料从稀释的分散体转变为浓稠的糊状物，然后是自立式凝胶，最后是可以成形和模塑的可捏合面团。

“由于其优异的机械，热学和电学性能，碳纳米管在许多应用中引起了很多关注，”西北麦考密克工程学院材料科学与工程教授黄说。“但经过数十年的研究和开发，一些兴奋已经消退。”

原因?碳纳米管的加工非常棘手 - 特别是大量加工。据称，人造毛发结构比人类头发薄约10,000倍，比钢更强，导热和电力远远优于铜。但是当大规模生产时 - 通常是粉末形式 - 管子会扭曲并聚集在一起。这种复杂性是材料广泛应用的主要障碍。

“聚合管难以分散在溶剂中，”黄说。“如果你不能获得良好的分散性，那么你将无法制造出许多应用所依赖的高质量纳米管薄膜。”

为了绕过这个问题，以前的研究人员使用添加剂涂覆纳米管，这些纳米管化学改变了它们的表面并迫使它们分离。虽然这些方法确实有效，但它们会留下残留物或改变纳米管的表面结构，这会削弱它们所需的性能。

相比之下，黄的团队发现甲酚不会破坏碳纳米管的表面功能。并且，在分离缠结管之后，研究人员可以通过将其洗掉或加热直至其蒸发来简单地去除化学品。

找到意想不到的揉捏

在解开制造碳纳米管浓度越来越高的新方法后，黄和他的团队发现了新的材料形式。随着碳纳米管浓度的增加，材料从稀释的分散体转变为可涂抹的糊状物，转变为自立式凝胶，最后转变为可捏合的面团。这些各种形式可以模塑，再成形或用作3D打印的导电油墨。

“纳米管的面团状态令人着迷，”黄氏实验室研究生，该论文的第一作者Kevin Chiou说。“就像橡皮泥一样，它可以很容易地成型并成型为任意结构。”

“从本质上讲，这种溶剂系统现在使纳米管表现得像聚合物一样，”Huang说。“看到基于甲酚的溶剂一旦难以加工的碳纳米管就像常见的塑料一样可用，真是令人兴奋。”