主要內容
1.簡述了制備CNF的兩種主要方法
2.從力學性能的角度對CNF的發展進行了探討，并系統地討論了不同制造階段的強化策略。
研究背景
CNFs可廣泛應用于太陽能電池、植入式神經探頭、組織工程、應變傳感器、透明膜、可穿戴超級電容器、超柔性負極、電加熱等領域。
盡管CNFs表現出高剛度，但它們通常不具有預期所具有的高機械強度，并且在彎曲、旋轉或沖擊時通常非常脆弱。因此，大量的CNFs受限于其機械性能的應用。
化學氣相沉積制備CNF
圖a顯示了CVD工藝合成CNF的示意圖，將碳前驅體在Ar和H2的氣流下泵入石英管，并在石英管中放置襯底以收集CNF 。
通過CVD獲得的CNF長（高達100-200μm），呈波浪形并相互纏結。圖b中的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示了產生的氣相生長CNF的典型纏結結構。、
靜電紡絲法制備CNF
與催化合成不同，靜電紡絲后再進行固化和碳化已成為制造連續CNF的直接簡便方法，連續CNF的大小和結構可以在很寬的范圍內進行調節。
PAN納米纖維在成功轉化為碳納米纖維之前需要進行后續熱處理，包括固化和碳化。
固化的PAN納米纖維最終在惰性氣氛中> 800°C時碳化。 隨著溫度的逐漸升高，微晶沿纖維軸依次排列和取向，從而改善了機械性能。
機械性能
圖3概述了拉伸強度和楊氏模量，并比較了CNT和碳纖維的拉伸強度和楊氏模量。
CNF的直徑通常在幾十納米到幾百納米的范圍內，并且在CNT和碳纖維的直徑之間。除直徑外，碳化溫度的升高對強度和模量也有很大的影響。
強化方法
氧化固化步驟是必不可少且耗時的步驟，可以用化學反應來解釋，例如環化，脫氫和氧化，如圖4a所示。 該階段發生了不同的化學反應，并且纖維的微觀結構已固定。 因此，加強CNF的首要應該是更好地控制這些反應的熱力學。
第二個方法是前驅體的優化設計：
1、可以在紡絲液中加入磷酸等添加劑和一些無機納米顆粒進行強化。
2、通過引入增強納米線，特別是碳納米管和石墨烯納米片，也可以優化前驅體。
3、加入共聚單體來改變聚合物鏈的長度和結構。
由于聚合物分子在電紡納米纖維中不易高度對齊，因此CNF的機械性能仍遠遠低于經過大量機械拉伸后制成的傳統碳纖維的機械性能。 顯然，拉伸是加強CNF的最有效策略，并且有很多豐富的方法。
在紡成納米纖維時，聚合物鏈的高度排列是最終CNFs具有高強度和模量的前提。
高速旋轉是實現拉伸最簡單的方法。
最常用的排列納米纖維的方法是圓盤收集法。
熱化學反應是完成CNF形成的關鍵步驟，但是復雜的反應過程需要精細控制反應參數，例如溫度、氣體環境、時間、基材的選擇以及固化過程中施加的張力。
此外，可以通過各種拉伸方法來改善分子取向，但是如果使用不適當的熱處理，則其取向變得較少，從而影響固化和碳化。
文章小結
化學氣相沉積法和靜電紡絲法是制備CNFs的兩種主要方法。與化學氣相沉積法得到的波形和纏結纖維不同，電紡絲可以通過精確地設計前驅體和熱處理產生強的CNFs，具有可調的尺寸、形態和微觀結構。
前驅體的優化設計是誘導更強的分子間相互作用、構建階梯結構或在紡制納米纖維中排列分子鏈的第一個重要步驟。添加劑如磷酸、無機納米顆粒、增強納米薄膜和共聚單體已顯示出優異的增強能力。其中，添加適當的添加劑形成鏈間交聯的co-PAN聚合物可能成為未來高強度CNFs的選擇。
改進的收集技術和紡后拉伸和拉伸處理是必要的，不僅要在紡好的納米纖維之間，而且要在纖維內部的分子鏈之間誘導高度對齊。利用高速旋轉的滾筒、薄的旋轉輪、水流或輔助電場來拉伸納米纖維已經取得了巨大的成功。
在多步熱處理過程中，化學反應的復雜熱力學仍然不是很清楚。例如，避免渦輪應變碳晶的形成仍然是一個挑戰。特別是在固化和碳化方面，需要對溫度、氣體環境、襯底等方面進行深入研究。
