新型纳米管结构增强柔性电子薄膜

反映在性质和古代世界中找到的复合材料的结构，伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的研究人员合成了薄的碳纳米管 (CNT) 纺织品，具有高的电导率和韧性比铜膜，目前用于电子高出约五十倍水平。

扫描电子显微镜图像的嵌入式碳纳米管 (CNT) 纺织在伊利诺伊州。彩色的示意图显示了体系结构的自 weaved 碳纳米管，和插图显示高分辨率扫描电镜间扩散的碳纳米管之间由于毛细管焊接不同的修补程序。

“金属薄膜的结构的鲁棒性具有重要意义的可靠运行的智能蒙皮和柔性电子产品，包括生物和结构健康监测传感器，”解释萨迈赫 Tawfick，机械科学与工程在伊利诺斯州的助理教授。”定向的碳纳米管板是适用于广泛的应用程序生成的微-宏观尺度包括微电机械系统 (MEMS)、 超级电容器电极材料、 电缆、 人造肌肉和多功能复合材料。

“我们所知，这是首次研究应用断裂力学设计并研究韧性纳米结构的碳纳米管纺织品的原则。断裂力学的理论框架是显示是非常强劲的各种线性和非线性的材料。

碳纳米管，自九十年代初以来过周围的有被誉为”神奇的材料”为许多纳米技术的应用，正确地判断。这些微小的圆柱结构，由包石墨烯薄片制成了直径为几个纳米 — — 大约 1000年倍薄比人的头发，然而，单根碳纳米管比钢和碳纤维，比铜，更导电和比铝还轻。

然而，事实证明很难构建材料，如织物或证明这些属性在厘米或米的尺度上的电影。挑战来自于装配和编织碳纳米管，因为他们是如此的小，和其几何形状是非常难以控制的难度。

“断裂能的 CNT 纺织品研究主导我们设计这些极其强硬的电影，”说岳良、 前研究生与动力学材料研究组和第一作者的论文，”艰难纳米结构的导电纺织品作由毛细管拼接的碳纳米管，”出现在先进的工程材料。我们所知，这是最早的断裂能的 CNT 纺织品研究。

开始与催化剂硅氧化物衬底上沉积，垂直排列的碳纳米管合成通过化学气相沉积法在 5 µ m 宽、 10 μ m 的长度，和 20-60 μ m 高度的并行线的形式。

碳纳米管纺织机械检验所引起的应力-应变曲线的例子。底端的图表显示，研究人员能够优化的力学性能，即强度 （断裂的最大力量） 和模量 （抗拉伸） 通过改变纺织建筑。

“交错的催化剂图案设计灵感在艰难的天然材料，如骨、 贝壳、 玻璃海海绵和竹中常见的砖和砂浆设计意念，”梁补充说。”寻找各种方法来钉碳纳米管在一起，我们的灵感拼接的过程是由古代埃及人五千年前，使亚麻纺织品。我们尝试几个机械方法包括微轧制和简单的机械压缩来同时重新定向碳纳米管，然后，最后，我们用自我驱动的毛细管力来装订在一起的碳纳米管。

“这项工作结合小心合成和微妙的实验与建模，”Tawfick 说。”柔性电子受到反复弯曲和伸展，而导致其机械故障。这种新的碳纳米管纺织，与弹性体矩阵的简单灵活封装可以用于智能纺织品、 智能皮和各种柔性电子。由于其极高的韧性，他们代表一种有吸引力的材料，可以代替金属薄膜，以提高装置的可靠性。