由美國(guó)得克薩斯大學(xué),、澳大利亞臥龍崗大學(xué),、加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)和韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)的研究人員組成的國(guó)際研究小組宣布,，他們用碳納米管制造出新型螺旋紗纖維,，其扭曲能力比過去已知的材料高1000倍,，可利用其制造出比頭發(fā)絲還細(xì)小的微電機(jī),。該研究成果發(fā)表在近期出版的《科學(xué)》雜志上,。
    碳納米管與金剛石、石墨烯,、富勒烯一樣,，是碳的一種同素異形體。它具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征,，管身由六邊形碳環(huán)微結(jié)構(gòu)單元組成,。在此項(xiàng)研究中，研究人員首先生產(chǎn)出高400微米,、寬12納米的碳納米管細(xì)微結(jié)構(gòu)“森林”,，然后將其紡成類似繩索結(jié)構(gòu)的螺旋紗。在紡紗時(shí),，可將碳納米管紗制成左手螺旋和右手螺旋兩種類型,。
    由于碳納米管紗具有良好的導(dǎo)電性，研究人員將制成的碳納米管紗與電極相連,，并將其沉浸在離子導(dǎo)電液體中,。碳納米管紗開始進(jìn)行扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。它首先向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),，當(dāng)達(dá)到一定的限度,，改變電壓后，再向反方向旋轉(zhuǎn),。左手螺旋紗和右手螺旋紗的旋轉(zhuǎn)方向正好相反,。
    研究人員表示,，碳納米管紗的扭轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)機(jī)制就像超級(jí)電容器充電,，離子遷移到紗線，充電電荷注入到碳納米管,，形成靜電平衡,。由于碳納米管紗為多孔結(jié)構(gòu)，離子涌入將導(dǎo)致紗線膨脹,，長(zhǎng)度可縮短一個(gè)百分點(diǎn),。
    研究人員在碳納米管紗上附著了一個(gè)槳葉，結(jié)果表明,，新型碳納米管紗以590轉(zhuǎn)/分鐘的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí),，可以旋轉(zhuǎn)比自身重2000倍的槳葉。每毫米碳納米管紗在250轉(zhuǎn)/分鐘時(shí),，其扭曲能力超過鐵電體人工肌肉,、形狀記憶合金人工肌肉及有機(jī)聚合物人工肌肉1000倍。輸出功率可媲美大型電機(jī),。
    研究人員已設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)備,，用于在微流體芯片上混合兩種液體,。由一個(gè)15微米碳納米管紗構(gòu)成的流體混合器，可旋轉(zhuǎn)比自身寬200倍,、比自身重80倍的槳葉,。
    傳統(tǒng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，微型化十分困難,。但利用這種碳納米管紗卻能很容易在毫米級(jí)水平構(gòu)建電機(jī),。英國(guó)萊斯大學(xué)化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的詹姆斯教授認(rèn)為該工作非常了不起。他表示,，具有如此大扭矩的纖維十分迷人,，如果將其應(yīng)用在機(jī)械工程中，將起到其他任何材料無法替代的效果,。
    研究人員表示,，這種碳納米管紗可以開辟許多新用途。它可以用于制造微型電機(jī),、微型壓縮機(jī)和微型渦輪機(jī),；基于旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的微型泵可以集成到芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)制造的設(shè)備上；還可以將其應(yīng)用于機(jī)器人,、假肢及各種傳感器上,。