研究人員使用3D打印技術(shù)，打印單臂碳納米管

南極熊導(dǎo)讀：?jiǎn)伪谔技{米管具有優(yōu)異的電子、機(jī)械、力學(xué)等性能，尤其是對(duì)電子和空穴都具有超高的遷移率，因此，國(guó)際半導(dǎo)體路線圖委員會(huì)認(rèn)為該材料是未來，最有前景的新型器件材料。然而現(xiàn)階段想要制備該材料依然存在技術(shù)難題。

△該研究的主要作者王剛，發(fā)現(xiàn)了一種生產(chǎn)它們的新方法

2022年9月2日，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)（UIUC）的Lyding科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)了一種高效、可持續(xù)的3D打印單壁碳納米管薄膜方法，這是一種多功能、耐用的材料，可以改變我們探索太空、飛機(jī)設(shè)計(jì)和可穿戴電子技術(shù)的方式。

這種小而強(qiáng)大的材料，由直徑在1到2納米之間的碳基管制成，幾十年來一直受到研究人員的仔細(xì)研究。

貝克曼先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所前研究員王剛說：“我們受到了可以創(chuàng)造一種輕質(zhì)，又像金屬一樣堅(jiān)固和導(dǎo)電材料的設(shè)想啟發(fā)。經(jīng)過多次嘗試，我們選擇了基于3D打印機(jī)的打印方式，生產(chǎn)出性能優(yōu)異、效率高的單臂碳納米管薄膜。”

△他的研究報(bào)告已發(fā)表在Nano-Micro Letters，題目為《具有出色導(dǎo)熱性和電磁干擾屏蔽性能的，可印刷對(duì)齊單壁碳納米管薄膜》（傳送門）

這種工藝易于擴(kuò)展且對(duì)環(huán)境友好。放棄聚合物，轉(zhuǎn)而采用由碳粉、墨水和3D打印機(jī)組成的更簡(jiǎn)單的配方，使團(tuán)隊(duì)能夠制造出，比現(xiàn)有材料版本更堅(jiān)固、更耐用的碳納米管薄膜。

電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Joseph Lyding說：“我們從這些碳納米管中看到了令人難以置信的特性，他多年來一直在研究和發(fā)表有關(guān)這種材料的文章?！?br />

△這種高效、可持續(xù)的3D打印單壁碳納米管薄膜的方法，足以適應(yīng)航空航天和穿戴電子設(shè)備的理想材料

研究人員說，碳納米管像原木一樣躺在它們的兩側(cè)，大量聚集形成厘米到米大小的薄膜。Lyding解釋道：“將碳膜想象成一塊布，而碳納米管是布中的單獨(dú)線。唯一的區(qū)別是我們可以用肉眼看到衣服上的單根線?！?br />
王說：“雖然比線細(xì)約10萬(wàn)倍，但碳納米管與羊毛、棉花和毛氈具有共同的特性。這種材料的機(jī)械柔韌性是可穿戴電子設(shè)備的理想特性，即使在經(jīng)歷某種強(qiáng)度的“彎曲、扭曲和揉捏等變形后也不會(huì)斷裂。”

作為貝克曼研究所的現(xiàn)任研究員，Lyding將該項(xiàng)目的成功歸，功于該研究所的世界級(jí)設(shè)施和協(xié)作環(huán)境。

△Lyding與研究小組

從航空航天到教室實(shí)驗(yàn)
鑒于使用粉末、墨水和3D打印創(chuàng)建薄膜的簡(jiǎn)單方法，該技術(shù)的直接應(yīng)用不僅在航空航天，還可以在UIUC教室中大放異彩。

2022年春季，Lyding將該技術(shù)納入了由他開發(fā)的本科課程——電氣和計(jì)算機(jī)工程481：納米技術(shù)。其中包含由Dane Sievers領(lǐng)導(dǎo)的獨(dú)特實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)，允許學(xué)生打印自己的碳納米管結(jié)構(gòu)并測(cè)量物理特性，如熱和導(dǎo)電性。

Lyding說：“學(xué)生們真的很喜歡這樣，尤其是動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。對(duì)于他們的研究是激勵(lì)性的，它激發(fā)了一些學(xué)生自己都不曾知曉的潛力。”