一、研究背景

碳纳米管纤维（CNTF）作为一种由无数碳纳米管（CNT）组成的宏观材料，因其卓越的力学、电学和热学性能而备受瞩目。然而，早期CNTF的微观结构无序和松散导致其力学、电学和热学性能相较于单根CNT衰减严重。近十年来，随着制备技术的革新，CNTF不仅实现了工业级连续批量生产，成本大幅下降，还通过多种强化技术显著提升了综合性能，赶超标杆商业纤维，并在航空航天、多功能导电和机械能收集等领域展现出广阔的应用前景。

二、工作简介

图文摘要

该综述首先回顾了CNTF三种主要制备技术的改良。在湿法纺丝法中，通过改进原料、溶剂和喷丝部件，如使用超强酸溶解CNT形成液晶相溶液，优化纺丝液流变特性、喷嘴设计和牵伸比等，显著提高了纤维的取向度和紧实度。直接纺丝法则通过浮动催化化学气相沉积法连续制备CNTF，实现了从实验室到工业规模生产的跨越，并通过调控碳源和催化剂前驱体、优化反应条件等手段提升了CNT的长度和纯度。阵列纺丝法则通过对可纺CNT垂直阵列的粘取和抽出形成纤维，并探索了加捻、溶剂蒸发致密化等后处理方法。

随后，该综述讨论了CNTF的后处理强化方法。研究者们通过结构致密化与取向优化，如加捻、轧制、超强酸辅助湿法拉伸等手段，使纤维内部结构更加紧密、取向更一致。同时，管间界面强化也成为研究热点，通过高温退火、电子束辐照等方法诱导管间形成共价键或CNT合并，或引入外加增强相与CNT形成π-π共轭、氢键等相互作用，从而增强管间相互作用强度。此外，文章还深入探讨了CNTF的分级结构失效机制，分析了从单根CNT到管束再到CNT介观网络的失效模式，为性能优化提供了理论基础。

最后，该综述从CNTF的应用角度出发，总结了其在航空航天、多功能导电和机械能收集等领域的应用探索，并对未来发展趋势进行了展望。文章指出，尽管近十年间CNTF在强度和模量等关键性能上已取得显著进步，但仍需进一步提升其强度、模量等指标以满足航天等高端应用需求。通过增加单根CNT长度、提高管间相互作用、制定科学的测试标准，以及开发自动化制备工艺等途径，有望进一步提升CNTF性能并拓展其应用范围。

New Carbon Materials 文章信息

Ao Sun, Nuo Xu, Yue-fan Wang, Jia-qi Xu, Zi-zheng Shi, Xiao Zhang. High strength carbon nanotube fibers: synthesis development, property improvement, and possible applications[J]. New Carbon Mater., 2025, 40(3): 620-640.

孙奥, 许诺, 王越凡, 徐家琦, 史子峥, 张霄. 高强碳纳米管纤维的制备发展、性能强化及应用探索 [J]. 新型炭材料, 2025, 40(3): 620-640.

DOI: 10.1016/S1872-5805(25)60980-2