一个国际科学家小组已经开发出了一种制备一步无缝碳基纳米材料的方法，这种纳米材料在三维上具有优异的热、电以及机械性能。

这些纳米材料应用于高效电池及电容器当中，有可能提高其储能，在太阳能电池方面有望提高光电转换效率，还有望开发新型轻质隔热涂料。相关结果发表于《Science Advances》期刊上。

碳纳米管沿一维的管方向具有很高的导电性，而石墨烯（即原子厚的片状碳）在二维上具有良好的导电性。然而当碳纳米材料扩展至三维时，这种导电性消失了。目前都是采用两步法来堆叠碳纳米管和石墨烯片，使其彼此叠加形成三维材料，不同层之间的导电性很弱，从而导致整体的导电性也很弱。

“早期开发的两步法并不是无缝界面连接，因此缺乏电导源。”该研究项目领导者之一、凯斯西储大学（Case Western Reserve University）高分子科学与工程系教授Liming Dai解释说，“在我们的一步法当中，界面由碳-碳键构成，看起来就是一个单一的石墨烯片。这使其整体上表现为优异的热和电导体。”

为了制备这种三维材料，研究人员沿铝线的长度方向和圆周方向快速腐蚀出径向排列的纳米孔，然后采用化学气相沉积方法在其表面覆盖上碳。这一切都未使用会残留在结构里面的金属催化剂。

“孔内生长出径向排列的纳米管，覆盖线的石墨烯以及纳米管阵列以共价键形式结合，形成纯的碳-碳结，减小了热阻和电阻。”乔治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）材料科学与工程教授Zhong Lin Wang（王中林）如是说。Zhong Lin Wang教授也是该研究的领导者之一。

这种结构产生了巨大的表面积，从而增加了输运特性，研究人员如是说。他们计算出这种材料的表面积接近每克527m2。

还可以轻易的定制这种三维材料的性能。按照一步法，这种材料可以制成很长，或者进入直径更大或更小的管内，纳米管的密度也可以改变，从而制得满足不同需求的具有不同性能的材料。

作为潜在应用的初步论证，由碳纳米管和石墨烯构成的不间断纤维制得的三维超级电容器具有创纪录的容量，达到这类器件的四倍。将其用作染料敏化太阳能电池的电极时，其光电转换效率达到6.8%，是采用昂贵的铂丝作为电极时的两倍。

“可以应用于更广泛的领域，包括敏感的传感器、可穿戴电子产品、热管理以及多功能航天系统。”团队成员Ajit Roy如是说，他是代顿空军研究实验室材料和制造局首席材料研究工程师。

科学家们正在继续探索可以利用这种单一的三维石墨烯层状纤维的性质，同时也在开发制备多层纤维的方法。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮