Hierarchically Structured Composite Fibers for Real Nanoscale Manipulation of Carbon Nanotubes

材料科学 碳纳米管 制作 复合数 聚丙烯腈 纺纱 纳米复合材料 复合材料 纳米 纳米尺度 纳米技术 聚合物 纤维 医学 替代医学 病理
作者
Weiheng Xu,Dharneedar Ravichandran,Sayli Jambhulkar,Yuxiang Zhu,Kenan Song
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (14) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adfm.202009311
摘要

Abstract Carbon nanotube (CNT)‐reinforced polymer fibers have broad applications in electrical, thermal, optical, and smart applications. The key for mechanically robust fibers is the precise microstructural control of these CNTs, including their location, dispersion, and orientation. A new methodology is presented here that combines dry‐jet‐wet spinning and forced assembly for scalable fabrication of fiber composites, consisting of alternating layers of polyacrylonitrile (PAN) and CNT/PAN. The thickness of each layer is controlled during the multiplication process, with resolutions down to the nanometer scale. The introduction of alternating layers facilitates the quality of CNT dispersion due to nanoscale confinement, and at the same time, enhances their orientation due to shear stress generated at each layer interface. In a demonstration example, with 0.5 wt% CNTs loading and the inclusion of 170 nm thick layers, a composite fiber shows a significant mechanical enhancement, namely, a 46.4% increase in modulus and a 39.5% increase in strength compared to a pure PAN fiber. Beyond mechanical reinforcement, the presented fabrication method is expected to have enormous potential for scalable fabrication of polymer nanocomposites with complex structural features for versatile applications.
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