“三聚氰胺辅助法制备高性能碳纳米材料”通过钴催化下热解三聚氰胺在碳纳米纤维表面原位生长碳纳米管，产物较多且与纤维形成力学性能较好的复合材料，可在催化、涂层和结构材料等多领域广泛应用。
在我国，应该没有第二种有机化合物像三聚氰胺一样“出名”了。2008年毒奶粉事件让三聚氰胺一夜之间臭名昭著，以至于众多企业为了让市场接受，在长达7年乃至更长的时间里，对“三聚氰胺”这个名字避而远之。
实际上，三聚氰胺是一种化工产业原料，具有耐高温、阻燃、防溅、防热幅射等特点，通常作为阻燃材料被广泛应用于耐火、防火织物，滤材，衣着面料，航空和建筑材料等领域。
其实只要用对了地方，昔日的“毒奶粉”也能变成“宝贝”。西安交通大学副教授张垠和西华大学副教授韩锐合作研发的“三聚氰胺辅助法生长高性能碳纳米材料”，让三聚氰胺在新的位置上，发挥了更高的应用价值，不仅能够增加电池负极材料性能，还有望在纺织业等制造业领域“大显身手”。
实现碳纳米管在碳纤维上三维生长
“这源于一次偶然的实验。”谈起研发初衷，张垠陷入回忆。几年前，张垠和他的团队参加了浙江省关于“石墨和硅”的研究，结题后留下许多开放性问题，开发电池负极材料便是其中之一。
利用静电纺丝技术制备的碳纳米纤维材料是一种“柔软”的框架材料，具有提高电极电容量和耐用性能的作用，这也是张垠团队最初设想的理想负极材料。在之后的开发过程中，考虑到碳纳米管良好的力学性能和导电性，团队“突发奇想”，能不能在静电纺丝上生长一些碳纳米管，进一步提高负极材料性能。
在查阅大量文献后，张垠发现，常用的制备方法所使用的碳源为甲烷、乙炔，成本高能源消耗大。“三聚氰胺成本低，含碳量相对比较丰富，我们就想做一个尝试，没想到成功了。”
张垠团队利用静电纺丝所制备的纳米纤维为碳基体，与一定量的三聚氰胺在不同温度下进行共烧保温处理，通过铁、钴等催化剂的添加，以及铝的保护氛围，最终获得了具有高掺杂度和优异性能的碳纳米管-纤维复合材料。研究表明，处理后的碳纳米管均匀地生长在了碳纤维表面，形成了复杂的多孔三维网络结构，而该方法被张垠和韩锐命名为“三聚氰胺辅助法”。
与传统的一维碳纳米管相比，三聚氰胺辅助法制备的碳纳米管可在纳米纤维表面三维生长，这意味着其具有更优异的导热、导电性能。“因为它是在主生长方向的侧向同时发生了生长，比如原本只是在x轴方向排列生长，现在y轴、z轴也有一些复生生长，那我们的导热和导电也能够从三个方向上同时进行。”韩锐解释道。
此外，三聚氰胺辅助法制备碳纳米管具有一定的普适性，它可以在不同材料、不同物质形状上实现碳纳米管的生长。“以前可能没有办法在一些固定的原料上生长碳纳米管，但通过这个方法，我们先把碳纤维加进去，碳纳米管就能够在这个材料上进行生长了。”张垠说，用三聚氰胺辅助法制备的碳纳米管，是在碳纤维材料表面进行原位均匀生长的，因此这突破了相对固定的应用限制，具有更多可能性。
在多个领域表现出广阔的应用前景
“这个‘未来’的材料应用面非常广阔。”当聊到这一科技成果时，张垠侃侃而谈，对未来的发展充满了信心。
目前，张垠和韩锐已经在电池领域的应用上取得了实验成功。根据数据测试显示，以三聚氰胺辅助法制备的碳纳米材料，可以将电池的循环和倍率性能提升30%～50%。
“电池在放电的过程中，负极材料或者正极材料，有一个膨胀效应，即电池在运作供电的时候，电离子进入后会发生膨胀，流出后又会发生收缩，时间久了后，膨胀或者收缩对材料的影响就会变成不可逆，而体积的不可逆是电池每次循环容量减少的主要原因之一。”张垠说，他们合作制备的电池负极材料，质地更柔软，具备良好的力学性能，可以延缓不可逆的发生。“比如一个电池的容量是1000毫安时每克，发生几次循环后，就降到800、600，但加入我们新制备的碳纳米复合材料后，就能够维持在800，相当于减缓了下降的速率，电池的使用时间就可以获得延长。”
据了解，目前已有电池领域相关企业和张垠、韩锐取得联系，正在准备洽谈合作事宜。此外，也有纺织企业联系到他们，希望他们能够帮其实现衣物的智能化。
三聚氰胺法制备的碳纳米材料，除具备优异的力学性能、导电性外，还具有保温隔热的作用。纺织企业联系到张垠和韩锐，希望他们能够在衣服里加入这个材料，看能否制作出一些新型的具有传感性能的智能衣服。对此，张垠表示虽然目前还没有做出特别好的样本，但已取得了一些突破，从理论上来说是完全可行的。
要实现衣服智能化，就需要在衣服上进行布线，支持电流流动。张垠认为，他们可以通过控制碳纳米管定向生长，从而根据需要，提高衣服某一处的导电性，实现衣服的智能感知、温度显示、温度调节等作用。尽管目前张垠和韩锐针对该领域的应用还处于探索阶段，但他们已胸有成竹。
不只是电池、纺织业，张垠表示，未来的市场是巨大的，储能、环保、催化以及一些碳支持材料等领域也将有所涉及。“我们可以根据具体的应用来设计材料，应用的领域将会更广阔。”
张垠和韩锐表示，接下来将继续推进和企业的洽谈工作，推动成果转化，同时也将继续扩展 “三聚氰胺辅助法生长高性能碳纳米材料”的应用价值，最终实现规模化应用。
目前，“三聚氰胺辅助法生长高性能碳纳米材料”已在“天府科技云”平台“抛售”，“科服保姆”也帮其对接了相关领域企业以促进双方合作。张垠和韩锐希望能够以此次“科创会”为契机，进一步提高项目关注度，加强和企业交流沟通，让成果从实验室成功走向生产线，让科技成果的应用价值实现最大化。（杨晓慧）