美國和巴西科學家的一項最新研究，發(fā)現(xiàn)了碳納米管薄層在受到拉伸或壓縮時，可以表現(xiàn)出一種超乎想象的力學性質(zhì)。這一成果有望為碳納米管帶來巨大的應用前景，比如制造人工肌肉、傳感器等。相關(guān)論文發(fā)表在4月25日的《科學》雜志上。

    大多數(shù)材料在朝一個方向拉伸時，另一個方向就會變細變窄，比如橡皮筋。這種現(xiàn)象可以用泊松比(Poisson’s ratio，側(cè)向收縮比例與實際伸長比例的比值)來定量描述。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的碳納米管薄層(也稱巴克紙)卻能夠在拉伸和均勻壓縮時，長度和寬度同時增加。也就是說這種材料具有負的泊松比。

    領導該項研究的是美國得克薩斯大學達拉斯分校納米技術(shù)研究所主任Ray H. Baughman。他和同事利用古老的造紙方法——烘干纖維漿來制造上述的碳納米管薄層。實驗用的“漿”是單壁碳管和多壁碳管的混合物。研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著多壁碳管在薄層中的增加，薄層的泊松比會從0.06突然躍變?yōu)?0.20。

    研究人員認為，這種“突變”可能與相鄰碳納米管間的不同聯(lián)系模式相關(guān)。在一種情況下，這種關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)是可壓縮、可形變、可坍塌的，而在另一種情況下，這種結(jié)構(gòu)是鎖死的，它由于自身的可延伸性而出現(xiàn)了負泊松比。Baughman表示，“這種泊松比正負的突然轉(zhuǎn)變太令人驚訝了，加上碳納米管薄層的復雜性，這些都讓我們在最初時認為，無論應用多么高超的理論都無法定量解釋該現(xiàn)象。與巴西同事每日在互聯(lián)網(wǎng)上的交流，讓我們從那些若完全分析則太過復雜的結(jié)構(gòu)中提取出一些本質(zhì)特性，并最終導致成功的解釋模型出現(xiàn)。”

    Baughman小組隨后還發(fā)現(xiàn)，同時包含有單壁碳管和多壁碳管的薄層與由二者單獨構(gòu)成的結(jié)構(gòu)相比，其強度—重量比、模—重比以及韌性都更高，分別為后者的1.6、1.4和2.4倍。

    新的研究成果具有重要的應用價值，比如設計源自碳納米薄層的復合物，制造人工肌肉、墊圈、壓力傳感器和化學傳感器等。尤其是當調(diào)整單壁和多壁碳管比例，令泊松比恰好為0時，這種材料對于設計彎曲時寬度依然不變的感應懸臂十分有效。