Simultaneously enhanced tenacity, rupture work, and thermal conductivity of carbon nanotube fibers by raising effective tube portion

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作者
Xiao Zhang,Michaël De Volder,Wenbin Zhou,Liron Issman,Xiaojun Wei,Adarsh Kaniyoor,Jeronimo Terrones Portas,Fiona Smail,Zibo Wang,Yanchun Wang,Huaping Liu,Weiya Zhou,James A. Elliott,Sishen Xie,Adam M. Boies
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:8 (50) 被引量:18
标识
DOI:10.1126/sciadv.abq3515
摘要

Although individual carbon nanotubes (CNTs) are superior to polymer chains, the mechanical and thermal properties of CNT fibers (CNTFs) remain inferior to synthetic fibers because of the failure of embedding CNTs effectively in superstructures. Conventional techniques resulted in a mild improvement of target properties while degrading others. Here, a double-drawing technique is developed to rearrange the constituent CNTs. Consequently, the mechanical and thermal properties of the resulting CNTFs can simultaneously reach their highest performances with specific strength ~3.30 N tex −1 (4.60 GPa), work of rupture ~70 J g −1 , and thermal conductivity ~354 W m −1 K −1 despite starting from low-crystallinity materials ( I G : I D ~ 5). The processed CNTFs are more versatile than comparable carbon fiber, Zylon and Dyneema. On the basis of evidence of load transfer efficiency on individual CNTs measured with in situ stretching Raman, we find that the main contributors to property enhancements are the increasing of the effective tube contribution.
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