【检测表征】用于新型纳米碳材料的先进机械测试技术
碳纳米管（CNT）是圆柱状的纳米级中空管，由一层或多层碳原子组成。碳纳米管通过sp²键与它们的结构单元石墨烯化学键合，再加上它们通过范德华力自然缠结在一起，导致了超高强度和低重量的特性。同时结合CNT的高导热和高导电，CNT成为从医疗保健到能量收集和存储等许多应用中有价值的材料。
独特的一维（1D）结构为CNT提供了可扩展其在各种纳米技术应用中的潜力的特性。例如，碳纳米管因光滑结构、低弯曲度（多孔介质的几何复杂性的度量）和直径尺寸优化的可能性等，成为水过滤最合适的潜在材料。
根据存在的碳原子层数，CNT可以分为单壁碳纳米管（SWCNT）或多壁碳纳米管（MWCNT）。SWCNT的长度通常在约0.1μm至20μm的范围内，并且其直径可以在约0.5nm至100nm 之间，这使这些纳米材料具有高的纵横比。
除了各向异性的特性，该比率还使SWCNTs非常适合纳米复合纤维应用。SWCNT还可以满足保持韧性和高强度的可延展高性能纤维的要求。
纳米碳材料的性能测试
在开发新型纳米级复合纤维时，拉伸性能测试至关重要。目前国内外已经开发了多种技术来合成超增长纳米管（SG-CNT）或超长SWCNT，这是迄今为止最坚韧、最坚固的纳米管基纤维，随后可将它们掺入结构和多功能聚合物复合材料中。
SG-CNT的高纵横比具有许多优势，例如更高的电导率和导热率。然而，将SWCNT的内在特性转移到现实世界的宏观材料中是极其困难的，因此研究多集中在成功地将SWCNT结合到多功能和结构聚合物复合材料中。
巴斯大学近期已经研究了利用化学还原的纳米管来克服SG-CNT个体化的挑战，并通过合成SWCNT长度对机械性能的影响，将这些纤维与标准SWCNT的实用性进行了比较。
SG-CNT的第一反应类似于商业SWCNT，并且在保持高强度的同时，在屈服后显示出延长的塑性伸长。与经测试的用PVC复合纤维增强的最坚韧的短SWCNT相比（图1），更高的塑性应变导致韧性显着提高—约增加了2.4倍。这些结果提供了更多的证据，表明高纵横比的SWCNT对机械应用是有利的。
（a）典型的应力-应变曲线，说明了不同的机械响应，（b）强度，（c）杨氏模量，（d）应变失效，（e）韧性。使用TST350拉伸应力测试仪（英国Linkam Scientific Ltd）进行测量。
拉伸试验测试技术
这些实验利用先进的成像技术来可视化CNT的机械性能。利用专门的温度控制平台，例如Linkam的模块化力平台（MFS），可以与光学显微镜仪器集成在一起，以收集有关纳米材料在给定环境中的性能的信息。
这使研究人员可以将温度控制设备测得的物理特性与光学信息相关联。与传统的大型张力计相比，温度控制级可以对非常细的纤维（如CNT）进行拉伸测量，灵敏度更高。
TST350Tensile Stress Tester，TST350拉伸应力测试仪
除了温度以外，为了模拟材料在使用时将要经受的原位环境并允许观察性能变化，某些阶段还可以控制氮气气氛和湿度。除了光学显微镜，温度控制装置可以与透射或反射照明一起使用，并且可以使用其他方法，包括X射线、拉曼和傅立叶变换红外（FT-IR）光谱。
通过利用这样的设备，巴斯大学的研究人员正在为纳米医学的即时诊断（POC）诊断技术开辟了新天地，同时增强了他们对诸如氧化石墨烯纤维等新型材料的机械性能的理解。