高強度カーボンナノチューブフィバーの直紡ぎにおけるカーボンナノチューブ成長の運動調節

個々の特性が素晴らしいカーボンナノチューブ（CNT）は、高性能フィバーの構築に大きな可能性を示しています。しかし、浮遊触媒化学蒸着（FCCVD）によって調製されたカーボンナノチューブフィバー（CNTF）の引張強度は、重要なCNT間の弱い相互作用によって悩まされています。本研究では、CNTの相互作用を調節し、マクロなフィバーの機械的強度を向上させるために、塩素（Cl）/水（H2O）を支援した長さ促進FCCVD（CALF-FCCVD）法を開発しました。CALF-FCCVD法で得られたCNTは、従来の鉄系FCCVDシステムと比較して731%の長さの改善を示します。さらに、CALF-FCCVDスピニングで調製されたCNTFは、5.27 ± 0.27 GPa（4.62 ± 0.24 N/tex）の高引張強度を示し、最大で5.61 GPa（4.92 N/tex）に達し、これまで報告された結果のほとんどを上回ります。実験測定と密度汎関数理論計算は、ClとH2OがCNT成長の促進において重要な役割を果たすことを示しています。メチレンジクロリドの分解から放出されたClはCNTの成長を大幅に加速し、H2Oは浮遊触媒上のアモルファスカーボンを除去してその寿命を延ばし、成長速度をさらに調節し、調製されたフィバーの純度を改善します。私たちのCALF-FCCVDプラットフォームの設計は、直接スピニングにおけるCNT成長の運動学を調整し、高強度CNTFに向けた強力な方法を提供します。