碳纳米管（CNT）研究近期成为研究的一大热点，这是由于其独特的纳米纤维结构发挥出神器的性能。碳纳米管优异的硬度、强力、导热性、电学性质及高表面积具有的应用潜能，成为材料科学家对其进行深入研究的主要原因。然而，尽管碳纳米管对纺织产品的影响显著，但是生产高长径比碳纳米管和直接采用碳纳米管制造非织造布的新方法还只在愿景之中。

 

 

碳纳米管的定义

 

        碳纳米管是完全由石墨碳层构成的管状纤维，它的碳碳键在类似鸡笼的片状石墨层形成一个六角形。用一个普通的比喻来描述碳纳米管的结构，就是将像鸡笼一样的片状旋转成的一个圆柱体。石墨片层的取向平行于纤维轴，具有天然无管缝结构，使其机械性能可得到极大发挥。碳纳米管的直径范围通常为1~50nm，这大大小于采用熔喷法或优化静电纺丝得到的纤维直径。
 

        大部分的碳纳米管长度为1~10μm。消费者拿到的散装碳纳米管材料是一种类似于炭黑填充物的黑色粉末。由于表面积大，碳纳米管有结块和集束的倾向。一些纤维生产厂家通过在聚合物中混合碳纳米管粉末挤出得到纤维来开发碳纳米管的应用。当碳纳米管的混合量很小时，碳纳米管可以从块状状态分离成单个状态，从而增加机械性能和聚合物纤维的电导率。碳纳米管混合量大时，能够显著提高溶液的粘度，但也会因为大量的碳纳米管聚集而降低其机械性能。

 

 

碳纳米管的应用挑战

 

        聚合物纤维中混用少量的碳纳米管可以轻微改善纤维性能，但离科学家对碳纳米管的设想还很远。此外，纤维中的碳纳米管呈胶囊状包覆，使其高比表面积的潜能失效。
利用碳纳米管生产织物的常用工艺与湿法非织造布生产方法类似。通过机械搅拌作用，先把碳纳米管分散在合适的溶液中，然后进行过滤获得织物，通常称之为巴基纸。这种工艺流程的主要缺点如下：碳纳米管必须在溶液中进行很好分散；溶剂干燥过程中，碳纳米管之间形成的毛细作用会产生显著集束现象。

 

 

碳纳米管织物的形成工艺

 

        利用碳纳米管直接生产织物的一个主要要求就是碳纳米管有极高的长径比。长度在几百微米到几毫米的碳纳米管，相比于传统纺织用到的短纤维而言是非常短的，在这种情形下，纳米级别的碳纳米管的直径意味着其长径比达到了百万级。这一点很重要，因为碳纳米管的表面光滑不带化学功能基团，所以利用其生产的织物是由管道之间的弱二次交互作用连接的。增加碳纳米管的长度使得更多的这种交互作用沿着其长度方向累积，从而能够形成稳定织物。
利用高长径比碳纳米管生产干碳纳米管织物时，第一阶段：碳纳米管合成一段时间后，缠结于气凝胶网中的长碳纳米管发生反应，如果这个反应的一端是开放的，缠结网可以从反应器中通过机械作用取出，铺到张紧皮带上。在这个过程中，如果能保证碳纳米管增长催化剂和碳源气连续不断地供应到反应器中，就可确保工艺的连续性。
在第二阶段，碳纳米管合成于一个基底而不是悬浮在反应器中。这就要求通过事先摆放的具有一定间距纳米催化剂的催化作用，使碳纳米管沉积形成垂直对齐的碳纳米管阵列。由于这种取向性及其在外观上与竹林相似，也被称作“碳纳米管丛林”。碳纳米管在“丛林”中的间距和质量得到绝对控制，所以当碳纳米管水平取向的非织造布可以从垂直取向的阵列中取出来时，它们会展现出特殊性能。具有碳纳米管取向的碳纳米管非织造布可以成卷或成带收起以生产碳纳米管织物。

 

 

碳纳米管的潜在应用

 

        完全由碳纳米管制成的织物有很多潜在应用。最吸引人的一个就是制备高强复合材料。织物中的碳纳米管长度长、有取向性、呈分散单个状态的可以被用来生产树脂预浸织物和与传统碳纤维材料类似的高纤维体积分数的复合材料。
鉴于其多功能的性质，碳纳米管织物及其复合材料可能满足碳纤维复合材料在国防、航空航天、汽车和消费者市场无法满足的需求。碳纳米管具有的高比表面积、化学稳定性和热稳定性可使其成为电池电极、催化剂载体、热电材料及空气过滤和水过滤的首选材料。