北京大学利用纳米碳管海绵开发新材料取得重要进展

发布时间：2015/10/21 0:08:31

北京大学工学院力学与工程科学系、湍流与复杂系统国家重点实验室、应用物理与技术研究中心段慧玲教授课题组与工学院材料系的曹安源教授课题组合作，在利用纳米碳管海绵开发可压缩性电毛细抽吸功能材料方面取得重要进展。相关研究成果于近日在线发表于《先进材料》上（A Switchable and Compressible Carbon Nanotube Sponge Electrocapillary Imbiber）。

在纳米通道内实现有效且可控的流体输运，对于研发可用于生物技术或者环境能源等领域的高性能纳米尺度流体器件和系统具有重要意义，也是目前国内外学者研究的热点。对此，找到合适的抽吸材料非常关键：很多孔隙介质（如多孔二氧化硅、聚合物、纸张和岩石等）都表现出对水的自发抽吸现象，然而在这些材料内的抽吸过程通常缺乏可控性。段慧玲教授课题组之前发表在《自然•通讯》上的研究工作首次利用电毛细效应在较低的电压下（-1 V）实现了纳米多孔金内的可控抽吸；不过由于金自身的亲水性质，纳米多孔金需要预先充满油以表现出疏水性质，这显著降低了抽吸过程的流动速率。

发表于《先进材料》上的工作首次证实了具有三维可导电多孔结构的纳米碳管海绵是一种高性能的纳米多孔毛细抽吸材料。纳米碳管海绵具有轻质、导电、疏水、高孔隙率和柔性等特性，这些特性使其非常适合用于开发可调控的电毛细抽吸器件。在较低的电压（-0.52 V）下，水便可以开始被抽吸到纳米碳管海绵内，且抽吸的速率可以通过电压大小进行调节，*大抽吸速率可以到达纳米多孔金内的20多倍，而整个抽吸过程还可以被可逆的开关控制。通过气相沉积制备的纳米碳管海绵可以很容易地整合到毛细系统，用作可精细控制的毛细泵。另外，碳管海绵可以被压缩到不同程度并保持抽吸功能，因此可用于制备具有不同需要孔径的可变形抽吸介质。更进一步，这种纳米碳管海绵将来还可以被整合到用于生物、环境等领域的不同微纳尺度流体控制系统上。

论文*作者为北京大学工学院力学系薛亚辉博士，段慧玲教授和曹安源教授为共同通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金的支持。

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