金屬薄膜的結構魯棒性（Robustness）對于健康監測傳感器等智能柔性電子設備的可靠運行十分重要。整齊排列的均一碳納米管薄片應用范圍很廣，跨越從微觀到宏觀的多個尺度，包括微機電系統（MEMS）、超級電容器電極、電纜、人造肌肉和多功能復合材料等。

    近日，受自然界及古代復合材料結構的啟發，伊利諾伊大學烏爾班納-香檳分校的的研究人員合成出了兼具高導電性及50倍于電子工業用銅膜韌性的碳納米管（CNT, Carbon Nanotube）編織物，有望大幅度增強柔性電子設備的機械強度及可靠性。值得一提的是，該研究首次將斷裂力學原理應用于對碳納米管編織物的設計和對其納米結構韌性的研究當中。

    早在上個世紀九十年代，碳納米管就被稱為“神奇材料”而應用于多種納米技術當中。“神奇材料”這種稱法毫無疑問是十分正確的。這些微小的圓柱結構體由石墨烯薄片卷曲而成，直徑僅有幾個納米（大約為頭發絲的千分之一）。單根碳納米管的強度高于鋼鐵和碳纖維，密度小于鋁，且具有優于銅的導電性。但是，利用碳納米管構建如紡織品或薄膜等材料并在厘米或米的宏觀尺度下仍然能保持單根碳納米管的優良特性卻十分困難。最大的挑戰來自于對碳納米管的組裝與編織，因為碳納米管尺寸太小且幾何結構很難控制。

    研究人員表示，正是由于對碳納米管編織物斷裂能的研究指導他們設計出了這些極其堅韌的碳納米管薄膜材料。研究人員以標題為“采用碳納米管毛細管拼接技術制備納米導電編織物”的研究論文，將其研究成果發表在《先進工程材料》期刊上。

    具體工藝細節如下：

    最初，研究人員將催化劑放置在氧化硅襯底上，利用化學氣相沉積法沿垂直方向生長碳納米管并將其平行排列成5微米寬、10微米長、20到60微米高的形狀。

    工藝中交錯排列的催化劑圖形受到了磚塊和灰漿設計思想的啟發，這樣的材料組織結構在一些堅固的天然材料中很常見，如骨骼、珍珠層、玻璃海綿和竹子等。而對于如何將碳納米管固定在一起，研究人員借鑒了五千多年前古埃及人制作亞麻紡織品時所采用的拼接工藝。通過對包括微軋和簡單機械壓縮等多種機械方法的嘗試，他們最終選擇利用自驅動毛細作用力將碳納米管固定在一起。

    柔性電子設備需要經受重復的彎曲和拉伸動作，極易出現機械故障。將新型碳納米管編織物簡單封裝在彈性體陣列中，可被用于智能紡織品、智能皮膚以及更重柔性電子設備的制作當中。由于具有極高的韌性，新型碳納米管編織物將成為金屬薄膜材料的替代材料使柔性電子設備的可靠性得到進一步的增強。（工業和信息化部電子第一研究所 李鐵成）

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責任編輯：劉洋

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