盖世汽车讯 据外媒报道，西班牙研究人员开发出一种可扩展的碳纳米管（carbon nanotube，CNT）纤维制造工艺，其电导率可与铜和铝媲美。该工艺对航空航天、电动汽车（EV）、无人机及相关应用领域的电气化发展而言是一项突破，因为这些领域需要轻质、高强度的电线电缆。相关研究成果发表于期刊《Science》。

CNT因其独特的低密度、优异的电学、热学和机械性能，长期以来一直被认为是理想的电导体。然而，迄今为止，CNT的电导率尚未达到足以在工业规模上替代传统材料（尤其是铜）的水平。

图片来源：IMDEA Materials

高电导率CNT纤维的突破

西班牙马德里先进材料研究所（IMDEA Materials）首席研究员、该研究的作者之一Juan José Vilatela博士表示：“这是研究人员首次利用CNT纤维取得如此优异的导电性能，足以使其成为传统导电材料在工业应用中的切实替代方案。”

具体而言，研究人员成功制备出室温下电导率高达24.5 MS/m（兆西门子/米）的气相插层CNT纤维，其电导率几乎是铜的一半，但重量却只有铜的六分之一。

如此显著的重量优势表明，这种CNT纤维电导体不仅具有显著提升的重量性能比，而且其绝对电导率也满足工业应用的要求。

AlCl₄⁻掺杂工艺的工作原理

这项研究由IMDEA Materials与马德里理工大学（Technical University of Madrid，UPM）以及萨拉戈萨大学（University of Zaragoza）下属的阿拉贡纳米科学与材料研究所（INMA）（CSIC-Unizar）的研究人员合作开展，其关键要素之一是将四氯铝酸盐（AlCl₄）引入CNT纤维中进行插层。

AlCl₄作为一种掺杂剂，可以引入到CNT纤维阵列中而不会破坏其结构。通过保持CNT束的原始结构，该掺杂工艺在提高电导率的同时，也保持了其优异的机械性能。

该论文第一作者、IMDEA Materials研究员Ana Inés de Isidro Gómez解释说：“与我们研究过的其他掺杂剂相比，AlCl₄⁻能够在不显著增加重量的情况下提供显著的掺杂效果。”

研究人员证实，通过在高度取向的CNT纤维中掺杂AlCl4，可以使纤维整体的电导率提高17倍以上。

这使得其平均比电导率超过了铜，测得的最高值甚至超过了铝。

对交通运输和电网的潜在影响

Vilatela博士说：“这对于交通运输的电气化尤为重要，无论是EV、无人机还是飞机，都需要大量导体，同时还要尽可能减轻重量。该研究也有望应用于架空电力电缆，因为架空电缆通常受限于自身重量。”

据该研究的作者称，掺杂后的CNT纤维的强度将是传统架空电缆的五倍，而重量却只有架空电缆一半。

de Isidro Gómez表示：“我们已经证明气相插层可以显著提高商用CNT纤维的电导率，使其远超以往的水平，不仅实现了创纪录的高电导率，而且有望进一步提高。”