铜的最强对手登场：新型碳纳米管纤维

西班牙研究人员研发出一种可规模化制备碳纳米管（CNT）纤维的制造工艺，制得的碳纳米管纤维导电性能可媲美铜与铝。该研究成果发表于《科学》期刊，为航空航天、电动汽车、无人机及其他相关电气化应用领域带来突破性进展，这类应用场景均亟需轻量化、高强度的输电线路材料。

碳纳米管兼具低密度与优异的电学、热学及力学性能，长期以来被视作制备导电材料的理想基础原料。但在此之前，碳纳米管的导电性能始终达不到工业化替代铜等传统导电材料的实用标准。

高导电碳纳米管纤维取得技术突破

本次论文作者之一、IMDEA材料研究所首席研究员Dr.Juan José Vilatela表示：“这是科研人员首次制备出性能达标的碳纳米管纤维，具备工业化替代传统导电材料的实际应用价值。”

具体来看，研究人员成功制备出气相插层碳纳米管纤维，其室温电导率高达24.5兆西门子/米，接近铜电导率的一半，重量却仅为铜的六分之一。凭借显著的轻量化优势，该成果研制的导电材料不仅大幅优化了重量与性能配比，绝对电导率也已满足工业应用标准。

四氯铝酸根掺杂工艺原理

本项研究由IMDEA材料研究所联合马德里理工大学、萨拉戈萨大学INMA研究中心科研人员共同完成，核心关键技术之一是将四氯铝酸根（AlCl₄⁻）嵌入碳纳米管纤维内部。四氯铝酸根可作为掺杂剂渗入碳纳米管纤维阵列，且不会破坏原有结构。该掺杂工艺在保留碳纳米管束原始结构、维持优异力学性能的同时，大幅提升导电能力。

论文第一作者、IMDEA材料研究所研究员Ana Inés de Isidro Gómez解释道：“此外，相较于研究过的其他掺杂剂，四氯铝酸根能实现强掺杂效果，且不会造成重量过度增加。”

研究证实，对高取向碳纳米管纤维进行四氯铝酸根掺杂处理后，整体纤维的电导率提升超17倍。改性后的碳纳米管纤维平均比电导率超越铜，实测最高值高于铝。

未来发展

Dr.Juan José Vilatela指出：“这一成果对交通电气化意义重大，无论是电动汽车、无人机还是航空飞行器，都需要尽可能轻量化的大量导电元器件；同时也有望应用于架空输电线路，这类线路常受自身重量制约。”

研究团队表示，经掺杂改性的碳纳米管纤维，强度是传统架空线缆的5倍，重量仅为其一半。

Ana Inés de Isidro Gómez总结道：“我们已有效证实，气相插层工艺可将商用碳纳米管纤维的电导率提升至远超以往上限，不仅创下导电性能新高，后续仍有进一步提升的空间。”

本项研究由IMDEA材料研究所博士研究员Isidro Gómez、Dr.Juan José Vilatela、Dr.Anastasiia Mikhalchan，以及研究所科学主任、马德里理工大学教授Prof.Javier LLorca，联合前IMDEA材料研究所研究员、纳瓦拉公立大学Dr.Valentín Vassilev Galindo共同完成。该研究论文是与阿拉贡纳米科学与材料研究所低维材料纳米表征课题组的合作成果，该研究所为西班牙国家研究委员会与萨拉戈萨大学联合设立，由Dr.Raúl Arenal牵头负责。相关实验表征工作由Dr.Mario Peláez Fernández与Dr.Raúl Arenal在先进显微实验室完成，该实验室为欧洲电镜表征专项科技基础设施的分支平台之一。