理论研究表明，高致密度且沿轴向排列的碳纳米管纤维可具有远高于商用碳纤维和传统金属导线的理论强度和电导率。单根碳纳米管的直径为纳米级，长度通常为微米级，而碳纳米管纤维的径向尺寸为微米级。如何将纳米尺度的碳纳米管单体组装制备成宏观尺度的纤维，并最大限度保持其优异性能是实现碳纳米管纤维重要应用的关键。

近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的刘畅团队在前期湿法纺丝制备高性能碳纳米管纤维研究基础上（ACS Nano 2022，20263；ACS Nano 2023，9254；ACS Nano 2023，18290），在湿法纺丝技术中引入空气段，对双壁碳纳米管纺丝细流增加重力牵引的定向性和密实化，实现了高取向度（取向因子达到0.994）、高致密度（1.96 g cm-3）双壁碳纳米管纤维的控制制备。其电导率达到1.1×107 S m-1、载流量达到8.0×108 A m-2、抗拉强度达到1.65 GPa、断裂韧性达到130.9 MJ m-3；其比电导率和比容量达到 5.62×103 S m2 kg−1、4.09×105 A m kg−1, 分别是铜导线的86 %、3倍，结合其比铜更低的变温电阻系数，有望在未来轻质、高强电缆领域获得实际应用。

相关结果以“Highly Conductive Double-Wall Carbon Nanotube Fibers Produced by Dry-Jet Wet Spinning”为题，于7月10日发表在Advanced Functional Materials期刊上。博士研究生王昊梓轲为论文第一作者，侯鹏翔研究员和刘畅研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁振兴人才计划和山东省自然科学基金基础研究项目的资助。

图1. 制备高性能碳纳米管纤维的示意图

图2. 高性能碳纳米管纤维的结构

图3. 高性能碳纳米管纤维的电学特性

图4. 高性能碳纳米管纤维的综合性能

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202404538