玄武巖纖維是由玄武巖為原料,通過熔融拉絲工藝制成的纖維材料。玄武巖纖維具有良好的抗腐蝕性、阻燃性,生產(chǎn)過程環(huán)境友好,被廣泛地應(yīng)用在過濾材料、建筑材料、纖維增強(qiáng)
復(fù)合材料等領(lǐng)域。但玄武巖礦石屬于絕緣材料,這一屬性限制了相應(yīng)的纖維材料在導(dǎo)電領(lǐng)域的應(yīng)用。
近期,中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所研究員馬鵬程帶領(lǐng)的復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)與德國德累斯頓萊布尼茨高分子研究所教授Edith M?der合作,嘗試以玄武巖纖維為基底,利用其本身含有的金屬元素并采用化學(xué)氣相沉積技術(shù),實(shí)現(xiàn)了不同碳納米材料在玄武巖纖維表面的沉積和生長。研究結(jié)果表明,通過控制實(shí)驗(yàn)條件,可高效、可控地在玄武巖表面生長出高溫裂解碳納米顆粒涂層或碳納米管,并實(shí)現(xiàn)纖維由絕緣體向?qū)w的轉(zhuǎn)變。
研究發(fā)現(xiàn),制備的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的正壓阻效應(yīng),含纖維束的導(dǎo)電復(fù)合材料基本都是接近整個(gè)材料完全斷裂時(shí)才變?yōu)椴粚?dǎo)電;在拉伸過程中,電阻變化會(huì)出現(xiàn)“臺(tái)階式”上升的行為,這表明內(nèi)部纖維斷裂是單根先后斷裂的方式。
該研究工作顛覆了傳統(tǒng)玄武巖纖維是絕緣材料的概念,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電玄武巖纖維的制備。研究成果有望在增加玄武巖纖維的功能價(jià)值、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí),提供一種新的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)層級結(jié)構(gòu)纖維材料的制備,并可作為一種潛在的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面強(qiáng)度調(diào)節(jié)方法。相關(guān)科研成果在第21屆國際復(fù)合材料大會(huì)(ICCM-21)上報(bào)告。
該項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金、國家“千人計(jì)劃”、中德科研合作計(jì)劃等支持。