增強型聚合物加上超細的碳纖維就成為一種“輕如羽毛、堅固如鋼鐵”的復合材料，讓其可以應用于多個行業(yè)?，F(xiàn)在，增加一種碳納米管則可以進一步提升此種復合材料的功能，但是集成碳納米管的化學工藝會導致碳納米管在復合材料中擴散不均勻，限制其最終可以實現(xiàn)的強度和其他有用的性能。

（圖片來源：德州農(nóng)工大學）

不過，據(jù)外媒報道，美國德州農(nóng)工大學（Texas A&M University）的研究人員采用了一種稱作纖維素納米晶體（cellulose nanocrystal）的天然植物產(chǎn)品，將碳納米管均勻地固定和包裹在碳纖維復合材料上。研究人員表示，他們的方法比傳統(tǒng)方法速度更快，而且可以用于設(shè)計納米大小的碳纖維復合材料。

復合材料都是分層構(gòu)建的，例如，聚合物復合材料由纖維層（如碳纖維或芳綸纖維）以及聚合物基質(zhì)制成。此種分層結(jié)構(gòu)也是復合材料弱點的根源，分層的任何損傷都會導致裂縫，導致脫層（delamination）。

為了提高碳纖維材料的強度并實現(xiàn)其他理想的性能，例如電導率和導熱率，通常都會添加碳納米管。然而，在復合材料中添加碳納米管的化學工藝經(jīng)常導致納米顆粒聚集，降低了此類顆粒的整體效益。

研究人員表示：“這個問題就跟把粗咖啡粉加入牛奶一樣，粉末會互相粘在一起。為了充分利用碳納米管，首先需要讓它們彼此分離，再以某種方式，讓其集成到碳纖維復合材料中的特定位置。”

（圖片來源：德州農(nóng)工大學）

為了讓碳納米管均勻分布，研究人員開始研究纖維素納米晶體，此種化學物可以輕易從回收木漿中獲取，既有吸水分子，也有排水分子，此種獨特的分子結(jié)構(gòu)使其成為一種理想的解決方案，可以打造納米復合材料。

纖維素納米晶體的疏水部分與碳纖維結(jié)合，并將其固定在聚合物基質(zhì)上。此外，吸水部分有助于均勻地分散碳纖維，就像糖在水中均勻溶解，而不是結(jié)塊沉到杯底。

在實驗中，研究人員采用了一種商用碳纖維布。在這塊布中，加入了纖維素納米晶體和碳納米管制成的水溶液，然后利用強振動，將它們混合在一起。最后，將材料干燥，并在上面散布樹脂，以逐漸形成涂覆碳納米管的聚合物復合材料。

之后，研究人員用電子顯微鏡檢查了該復合材料樣品，發(fā)現(xiàn)纖維素納米晶體附著在碳納米管的尖端，讓碳納米管也朝著相同的方向。此外，根據(jù)對材料在極端載荷下力學性能的測試，還發(fā)現(xiàn)，纖維素納米晶體讓復合材料的抗彎能力提高了33%，層間強度提高了40%。

研究人員表示：“在該項研究中，我們采用了從納米尺度設(shè)計復合材料的方法，從而可以讓我們從宏觀上更好地控制聚合物復合材料的性能。我們認為，我們的技術(shù)可以擴大混合復合材料的加工規(guī)模，對航空和汽車制造等很多行業(yè)帶來好處?！?/span>