近日，美國(guó)特拉華大學(xué)付堃教授與青島科技大學(xué)杜愛華教授聯(lián)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(jié)合力和優(yōu)異機(jī)械性能的碳納米材料/玻璃纖維界面焊接的應(yīng)用。

電熱沖擊焊接技術(shù)過程是：通過施加脈沖電壓，導(dǎo)電的碳納米層產(chǎn)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?？焖俣啻窝h(huán)電熱沖擊可以為納米焊接提供快速、高溫的環(huán)境，同時(shí)避免了碳納米材料和固體纖維材料的降解。由于采用瞬時(shí)納米焊接技術(shù)，玻璃纖維的本體結(jié)構(gòu)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(xué)性質(zhì)。通過單纖維拉拔試驗(yàn)測(cè)量了碳納米管/玻璃纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切應(yīng)力（IFSS）比純玻璃纖維與環(huán)氧樹脂之間的提高了約54.2%。

研究人員對(duì)焊接后的碳納米管/玻璃纖維形貌做了詳細(xì)研究，結(jié)果表明焊接后的碳納米管/玻璃纖維具有良好的機(jī)械結(jié)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(jīng)受劇烈的超聲波作用而不會(huì)脫落。同時(shí)，玻璃纖維表面包覆的碳納米管網(wǎng)絡(luò)在與玻璃纖維的接觸區(qū)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(wǎng)絡(luò)，在玻璃纖維和碳納米管之間形成牢固的結(jié)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(zhǎng)絲具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、柔韌性和導(dǎo)電性，保持了與原玻璃纖維相似的物理機(jī)械性能。綜上所述，電熱沖擊技術(shù)的優(yōu)異性能和潛在的較低成本為跨規(guī)模制造提供了一種連續(xù)、超快速、高能效和能夠連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)的工藝，可以為納米-宏觀的跨規(guī)模制造提供有效的解決方案。