设计化学传感器的特殊材料“混合碳纳米管”

　　美国得州大学达拉斯分校的纳米技术团队和巴西合作者共同研究发现，碳纳米管薄膜在拉伸或均匀压缩时，可产生奇特的力学性能。这些意外但十分有用的性能可用于制作复合材料、人工肌肉、密封垫圈或传感器。

　　大多数材料在被拉往一个方向时，另一方向就会变薄，这类似于橡皮筋被伸展时的表现。不过，这种特别设计的被称为“巴基纸”的碳纳米管在伸展时可增加宽度，在均匀压缩时长度和宽度均可增加。

　　普通材料在拉伸时会横向收缩，这种现象可通过泊松比来量化。泊松比是指材料受挤压或拉伸时的膨胀率或收缩率，也叫横向变性系数。两千年来，人们其实一直在以酒瓶软木塞的形式使用泊松比。具有近于零但为正值泊松比的软木塞较难插入但很容易拔出，反之亦然。

　　通过使用一种制造普通书写纸的古老方法———将纤维稀浆干燥化，得州大学达拉斯分校纳米技术研究所研究人员制造出了纳米管薄膜（巴基纸）。这种稀浆是单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合体。研究人员发现，增加巴基纸中的多壁碳纳米管数量可将泊松比从大约正0.06急剧转变为负0.20量级。

　　研究人员称，这种变化可通过将碳纳米管的变形与可折叠的葡萄酒架相比来理解。如果两个相邻的碳纳米管连接配合成像一个压缩的葡萄酒架中的支柱，泊松比为正值，在受到拉伸时支架就会变窄；相反，如果支架被锁定使其不再塌陷，但支柱是可伸展的，支柱长度的增加就产生了负的泊松比。

　　研究人员发现，含有单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的碳纳米管薄膜与单纯由单壁碳纳米管或多壁碳纳米管组成的碳纳米管相比，强度－重量比、弹性模量－重量比和刚度分别提高了1.6倍、1.4倍和2.4倍。

　　这项发现意味着，通过混合不同类型碳纳米管所增强的特性也可能延伸到纳米管薄膜和其他纳米管阵列，譬如研究人员于2005年发明的纳米管捻纱。同样，这种泊松比的调节能力也可用来设计基于纳米管薄膜的复合材料、人工肌肉、密封垫、应力和应变传感器及化学传感器。该研究成果发表在4月25日出版的美国《科学》杂志上。

（记者 冯卫东）

核心关键词：碳纳米管