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然而，很多次試驗證明用碳納米管來構(gòu)建宏觀材料十分困難。這個挑戰(zhàn)源于組裝和編織碳納米管的難度，因為它們非常小，而且它們的幾何形狀很難控制。

受自然界發(fā)現(xiàn)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員克服了這些困難，成功合成碳納米管（CNT）紡織品，它具有高導(dǎo)電性和50倍于銅薄膜的韌性。

香檳分校機械工程的助理教授Sameh Tawfick解釋說：“ 對齊的碳納米管片層應(yīng)用廣泛，包括微機電系統(tǒng)（MEMS）、超級電容器電極、電纜、人造肌肉和各種多功能復(fù)合材料。”

　　圖 │ 掃描電子顯微鏡在伊利諾伊大學(xué)制造的結(jié)構(gòu)碳納米管（CNT）紡織品的圖像。 彩色原理圖顯示了自編織碳納米管的結(jié)構(gòu)，插圖顯示了由于毛細管接合而導(dǎo)致的不同貼片之間碳納米管的相互擴散

研究人員稱，這是第一個應(yīng)用斷裂力學(xué)原理設(shè)計研究的納米結(jié)構(gòu)碳納米管（CNT）紡織品，斷裂力學(xué)的理論框架對各種線性和非線性材料十分有效。

圖 │ 右上圖為碳納米管紡織物的壓強應(yīng)力曲線。 右下圖表顯示研究人員通過改變紡織品結(jié)構(gòu)調(diào)整機械性能的能力，即強度（最大破壞力）和模量（抗拉伸性）

論文的作者，伊利諾伊大學(xué)香檳分校動力材料研究組的研究生Liang Yue說：“碳納米管（CNT）紡織品的斷裂能量的研究使我們設(shè)計出了這些性能優(yōu)良的薄膜。據(jù)我們所知，這是首個對CNT紡織品斷裂能的研究。豎直生長的碳納米管是通過化學(xué)氣相沉積法制成的，從沉積在氧化硅襯底上的催化劑作用下，在5微米x10微米的片層上長出20-60微米高的平行納米管。

“自然界中骨頭、珍珠母、玻璃海綿和竹子中都常見有的交錯結(jié)構(gòu)，受這些堅韌天然材料的啟發(fā)，碳納米管的催化劑也交錯著排列”，Liang補充說， “同時我們也要尋找方法將碳納米管整合在一起，受到5000年前古代埃及亞麻織物拼接工藝的啟發(fā)，我們嘗試了幾種機械方法，包括微軋和簡單的機械壓縮，來同時重新定向納米管。那么最后，我們使用自驅(qū)動毛細管力將碳納米管裹在了一起”。

“這項工作結(jié)合了巧妙的實驗和建模，完成了非常精細的合成方法，”Tawfick說。 “柔性電子器件經(jīng)受反復(fù)的彎曲和拉伸，這可能導(dǎo)致各種機械故障。這種新型碳納米管紡織品可以用于智能紡織品，智能皮膚和各種柔性電子產(chǎn)品中。它們具有極高的韌性，可以代替薄金屬薄膜，極大提升器件的可靠性。”