王冉冉

纤维是天然或人工合成的细丝状物质．在现代生活中，纤维的应用无处不在，而且其中蕴含的高科技还不少呢。导弹需要防高温，江堤需要防垮塌，水泥需要防开裂，血管和神经需要修补，这些都离不开纤维这个小身材的“神奇小子”。

碳纳米管是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的直径仅有纳米尺度的管状结构。如此独特的结构决定了碳纳米管具有优异的性质，它的强度是钢的100倍，而重量只有其1/6到1/7。如果能将这样高强的小管子连成长长的绳，其应用价值将是不可估量的。近年来，科研人员致力于这一工作并成功的纺出了碳纳米管纤维。这种纤维比一根头发还要细，其强度却堪与极强的蜘蛛丝相媲美。它们可以承受几个吉帕斯卡的应力而不发生断裂。

图1 碳纳米管纤维的光学照片（左）以及扫描电镜照片（右）

目前，制备碳纳米管纤维的方法主要有两种，一种是从生长碳管的CVD炉子中一步纺制出碳纳米管纤维。英国剑桥大学的阿兰·魏德尔小组通过调节炉温以及缠绕速度，使得纤维强度比其它小组的高出0.3倍。此外，他们让纤维通过丙酮气体，丙酮气体可在纤维上凝结成一层液体，由于表面张力效应将纳米管拉在一起，从而增强纤维强度。改进后的纤维一般在施以大约6吉帕斯卡的应力时才发生断裂，强度要高于制造防弹背心的常用材料芳纶，而且可与两种最高强度的商业材料——基纶（Zylon）和迪尼玛（Dyneema）相抗衡。目前，研究人员已制作出一根单独的超强碳纳米管纤维，可承受9吉帕斯卡的应力，表现出具有无与伦比的超强性能。另外一种方法是两步法，即首先制备出朝一个方向生长的碳纳米管阵列，然后用一个超细的探针从其中不断的将纤维拉出并加拧。这种方法类似于古老的纺纱技术，但这里使用的是高科技的纺车。这种方法的关键是首先制备出长的，超排的碳纳米管阵列。

图2 碳纳米管纤维纺丝设备（左）一步法设备；（右）两步法设备

碳纳米管纤维的应用是无穷无尽的，他们可以用于防弹衣，开采油气的钻头，可以取代碳纤维用做航空航天材料。波音公司曾在一次会议上说，新材料要以碳纳米管纤维为基础，会被用在未来的波音飞机上。它们还可以使用在太阳能电池上，以使沉重硕大的太阳能板像席子一样被卷起来携带。在汽车制造方面，特别是跑车，这种材料可能会取代现有的跑车塑料外壳，使跑车更轻盈，也可以节省更多的油耗，耐用、耐撞击。有了这种产品，或许甚至可能造出科幻家阿瑟·克拉克笔下的太空梯，以数百英里长的固定缆绳将宇航员送进轨道。