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圖片所示：在這個簡單的程序中，水與碳納米管混合，然后滴入一個多孔的白色陶瓷材料中。像海綿一樣，它吸收了黑色液體。如果用化學方法蝕刻陶瓷支架，只剩下精細的氈涂層。這種由微小管子組成的感覺，因此相互連接，形成了一個更大的管道網絡。中空的空間可以填充聚合物，形成導電和耐撕裂的復合材料。
極輕，電導電，比鋼更穩定:由于其獨特的特性，碳納米管成為眾多應用的理想材料，從超輕型電池到高性能塑料，再到醫用植入物。然而，到目前為止，科學和工業很難將納米級的非凡特性轉化為功能性工業應用。碳納米管既不能與其他材料充分結合，也不能結合在一起，就失去了有益的特性。在基爾大學(University of Kiel University)和特倫托大學(University of Trento)的功能性納米材料工作小組(Nanomaterials working group)的科學家們已經開發出一種替代方法，這種方法可以與其他材料結合在一起，這樣它們就能保留它們的特征屬性。因此，他們“感覺”這種線狀的管子進入一個穩定的三維網絡，能夠承受極端的力量。研究結果現已發表在《自然通訊》雜志上。
工業和科學一直在深入研究外徑小于100納米的碳納米管，以利用滾石墨烯的特殊性質。然而，許多理論仍然只是理論。“盡管碳納米管像纖維束一樣靈活，但它們對變化也非常敏感，”在中國農業大學的功能納米材料工作小組的負責人Rainer Adelung教授解釋說。由于之前嘗試用化學方法將它們與其他物質聯系起來，它們的分子結構也發生了變化。然而，這使得他們急劇惡化。
與此相反，Kiel和Trento的研究團隊的方法建立在一個簡單的濕化學滲透過程之上。碳納米管與水混合，滴入一種極其多孔的陶瓷材料中，這種材料是氧化鋅制成的，它能像海綿一樣吸收液體。帶滴的線狀碳納米管附著在陶瓷支架上，并自動形成一個穩定的層，類似于一種感覺。可以說，陶瓷腳手架上覆蓋著納米管。這對支架和納米管的涂層都有很好的效果。
一方面，陶瓷支架的穩定性大大增加，可承受10萬倍的重量。“有了CNT涂層，陶瓷材料可以保持在7.5公斤左右，而不只是50g——就像我們用碳納米管做了一個貼身的套頭衫，它提供了機械支持，”第一作者Fabian Schutt總結道。“材料的壓力被CNT的抗拉強度所吸收。壓縮力轉化為拉力。
這背后的原理與竹制建筑相當，比如亞洲的竹子建筑。在這里，竹竿用一根簡單的繩子綁得很緊，輕質材料可以形成非常穩定的腳手架，甚至整個建筑。該刊物的合著者Helge Kruger說:“我們在納米尺度上做同樣的事情，CNT的線，包裹著陶瓷材料——只有很多，小得多。”
材料科學家能夠證明他們的另一個主要優勢。在第二步中，他們用化學蝕刻法溶解了陶瓷腳手架。剩下的都是一個精細的3D管網，每一個管子都由一層微小的CNT管組成。通過這種方式，研究人員能夠極大地增加毛氈表面，從而創造更多的反應機會。舒特解釋說:“我們基本上把整個沙灘排球場的表面裝成一厘米的立方體。”在三維結構內的巨大中空空間可以被聚合物填充。因此，CNTs可以機械地與塑料相連，而沒有它們的分子結構——因此它們的性質——被修改。“我們可以專門安排CNTs，制造導電復合材料。為了達到同樣的電導率，只需要一定數量的碳納米管的一小部分，”Schutt說。
應用范圍從電池和過濾技術，作為導電塑料的填充材料，用于再生醫學的植入物，到納米級的傳感器和電子元件。對于柔性電子應用，如功能性服裝或醫療技術領域，這種耐淚水材料的良好電導率也很有趣。“例如，制造一種能刺激骨骼或心臟細胞生長的塑料是可以想象的，”Adelung說。由于它的簡單性，科學家們同意這個過程也可以被轉移到其他納米材料制成的網狀結構中，這將進一步擴大可能的應用范圍。
