ACS Nano | 高比电导率单壁碳纳米管/铜核壳纤维

以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications

英文原题：Single-Walled Carbon Nanotube/Copper Core-Shell Fibers with a High Specific Electrical Conductivity

通讯作者：刘畅，中国科学院金属研究所；侯鹏翔，中国科学院金属研究所

作者：LeLe Xu (徐乐乐), XinYu Jiao (焦新宇)，Chao Shi (石超), An-Ping Wu (吴安萍), Peng-Xiang Hou* (侯鹏翔), Chang Liu* (刘畅), Hui-Ming Cheng (成会明)

背景介绍

航空航天、新能源汽车、可穿戴电子等领域的快速发展，迫切需求新型轻质、高强、高导电纤维材料。SWCNT/Cu核壳纤维结合了SWCNT轻质、高强和金属铜高电导率特性，被认为是理想的下一代轻质互联线材料。但由于SWCNT和铜之间的界面结合较差，导致所得复合纤维的电学性能远低于预期。

文章亮点

近日，中国科学院金属研究所刘畅研究员和侯鹏翔研究员等在ACS Nano上发表了高比电导率SWCNT/Cu核壳纤维的研究工作。该团队利用湿法纺丝制备的单壁碳纳米管纤维表面富含含氧官能团的特点，并将磁控溅射和电沉积工艺相结合制备铜包覆层（图1），研制出具有强界面结合的SWCNT/Cu核壳结构纤维。

研究发现SWCNT纤维表面丰富的含氧官能团可在磁控溅射过程中与铜形成强的Cu-O键合，如图2所示，从而有效改善了核壳纤维的界面结合。SWCNT纤维和Cu层之间的紧密结合有助于核壳纤维的电子传输，降低界面接触电阻。因此，具有薄的Cu壳层的SWCNT/Cu复合纤维即展现出高导电性和高载流能力。

如图3所示，SWCNT/Cu核壳纤维具有1.01×104 S m2 kg−1的超高比电导率，比铜高56%，超过大多数金属（金、银和铜）；其电流承载能力达3.14×105 A cm−2，是铜导线的3倍；利用该SWCNT/Cu核壳纤维实现悬挂并点亮一个重约40 g的发光二极管（LED）灯。

总结/展望

针对SWCNT/Cu核壳纤维界面结合较差这一问题，该研究团队利用湿法纺丝制备SWCNT纤维表面具有丰富含氧官能团的特点，开发了磁控溅射和电沉积两步法来制备具有强界面结合的SWCNT/Cu核壳纤维。所得SWCNT/Cu核壳纤维具有比Cu高56%的高比电导率，并且其载流能力是商用Cu导线的三倍。此外，SWCNT/Cu纤维表现出优异的机械耐久性和低电阻温度系数，显示出用作下一代轻质导线的巨大潜力。

相关论文发表在ACS Nano上，中国科学技术大学硕士研究生徐乐乐、博士生焦新宇为文章的第一作者，刘畅研究员、侯鹏翔研究员为通讯作者。

通讯作者信息：

刘畅 研究员

中国科学院金属研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，主要从事碳纳米管的制备、性能与应用探索研究。已发表SCI收录论文200余篇，被SCI引用18000余次；获得发明专利授权60余项。

侯鹏翔 研究员

中国科学院金属研究所研究员，主要从事单壁碳纳米管及其薄膜、纤维的制备与应用研究。已在Nature Communications、Science Advances等期刊上发表SCI收录论文120余篇，他引9200余次，H因子为46；授权发明专利60余项。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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