高性能碳纳米管纤维制备技术

需求的背景和应用场景

高性能纤维及复合材料作为现代科技和工业领域的关键材料，其在航空航天、新能源、电子信息和智能传感等多个战略新兴产业中发挥着不可替代的作用。这些领域对材料的强度、韧性、导电性等性能有着极高的要求。当前，全球碳纤维主流生产技术主要被日美等少数国家所掌握，我国在高性能纤维材料的研发与生产上仍面临较大的挑战。特别是在航空航天领域，对于高强、高韧且具备优异电导率的材料需求日益迫切。此外，随着智能可穿戴设备和纤维电极的快速发展，对于新型高性能纤维材料的需求也愈发凸显。本项目旨在研发一种高性能碳纳米管纤维，其强度与韧性比目前所有材料高出一个数量级以上，不仅可满足航空航天等高技术领域的需求，同时其优异的电导率和易于功能化修饰的特性，也使其成为智能电子织物等可穿戴设备和纤维电极的理想材料，具有广阔的市场应用前景和巨大的经济价值。

要解决的关键技术问题

1. 研发可单次制备长度超过1000m的碳纳米管纤维的生产工艺：当前碳纳米管纤维的制备技术多存在生产效率低、纤维长度受限等问题，本项目需突破传统制备工艺的限制，研发出能够单次制备出长度超过1000m的碳纳米管纤维的高效生产工艺，以满足大规模工业化生产的需求。
2. 制备得到的新型宏观纤维，抗拉强度达到2-3GPa，并兼具延伸率4～8%：这一技术指标要求新型碳纳米管纤维在保持高强度的同时，还需具备良好的韧性。通过优化碳纳米管的排列方式和界面结合强度，实现纤维在受力时的均匀分散和有效传递，从而达到高强度与高韧性的完美结合。
3. 制备出的新型宏观纤维，电导率大于1x106Sm-1：为了满足智能电子织物和纤维电极等领域对材料电导率的高要求，本项目需通过调控碳纳米管的直径、长径比以及纤维的微观结构，提高纤维的电导率，确保其电导性能达到或超过指定标准。

效果要求

本项目所研发的高性能碳纳米管纤维，需达到以下效果要求：

• 技术领先性：所研发的技术应处于国际领先水平，能够打破日美等国家在高性能碳纤维生产技术上的垄断，提升我国在全球高性能材料领域的竞争力。
• 经济效益显著：通过实现高性能碳纳米管纤维的规模化生产，降低生产成本，提高市场竞争力，为相关产业带来显著的经济效益。
• 创新性强：所研发的技术应具有高度的创新性，不仅在材料性能上实现突破，同时在生产工艺、设备研发等方面也应有所创新，为高性能纤维材料的研发提供新的思路和方法。
• 应用前景广阔：所研发的高性能碳纳米管纤维应具备良好的可加工性和应用适应性，能够满足航空航天、智能可穿戴设备、新能源等多个领域的需求，具有广阔的市场应用前景。