碳納米材料與玻璃纖維界面實現高效穩定焊接

近日，美國特拉華大學付堃教授與青島科技大學杜愛華教授聯合提出了一種新穎的跨尺度制造概念來處理納米材料與微米尺度纖維材料的焊接工藝，并成功地展示了一種電熱沖擊方法來處理具有良好結合力和優異機械性能的碳納米材料/玻璃纖維界面焊接的應用。

電熱沖擊焊接技術過程是：通過施加脈沖電壓，導電的碳納米層產生焦耳熱，這些熱量可以提高局部溫度并使玻璃纖維材料局部熔化，從而將納米材料與宏觀材料焊接。快速多次循環電熱沖擊可以為納米焊接提供快速、高溫的環境，同時避免了碳納米材料和固體纖維材料的降解。由于采用瞬時納米焊接技術，玻璃纖維的本體結構和性能在快速電熱沖擊下并未損傷，保持了原有玻璃纖維力學性質。通過單纖維拉拔試驗測量了碳納米管/玻璃纖維與環氧樹脂之間的界面剪切應力（IFSS）比純玻璃纖維與環氧樹脂之間的提高了約54.2%。

研究人員對焊接后的碳納米管/玻璃纖維形貌做了詳細研究，結果表明焊接后的碳納米管/玻璃纖維具有良好的機械結合性能。碳納米管可以被嵌入玻璃纖維表面并被錨固，在水溶液中經受劇烈的超聲波作用而不會脫落。同時，玻璃纖維表面包覆的碳納米管網絡在與玻璃纖維的接觸區起到納米加熱器的作用，熔融玻璃可以物理地錨定這些碳納米管網絡，在玻璃纖維和碳納米管之間形成牢固的結合，從而提高了玻璃纖維的韌性。故焊接后的碳納米管/玻璃纖維長絲具有優異的結構穩定性、柔韌性和導電性，保持了與原玻璃纖維相似的物理機械性能。綜上所述，電熱沖擊技術的優異性能和潛在的較低成本為跨規模制造提供了一種連續、超快速、高能效和能夠連續大規模生產的工藝，可以為納米-宏觀的跨規模制造提供有效的解決方案。