科學家在《科學》發表高動態強度纖維研究成果

碳納米管具有輕質、高強、高模、高導電、高導熱等優異特性，被認為是新一代高性能纖維的理想組裝基元。然而，受限于纖維結構組裝的挑戰，碳納米管宏觀組裝纖維的強度仍遠低于其理想強度。北京大學、武漢大學等高校研究團隊緊密合作，提出了一種高動態強度碳納米管纖維的制備方法：引入PBO增強碳納米管管間作用、機械訓練提高取向度和機械處理提高纖維致密性，獲得了動態強度高達14 GPa的碳納米管纖維。相關成果6月20日刊發在《科學》（Science）上。

研究團隊基于微尺度高速沖擊拉伸實驗深入研究了碳納米管纖維在高應變率加載下的力學行為。隨著應變率提高，纖維發生韌脆失效模式轉變，展現出顯著的應變率強化效應。當應變率約1400 s–1時，纖維動態強度達14 GPa，超過了現有高性能纖維，表明碳納米管纖維在沖擊防護領域具有巨大的應用潛力。實驗和多尺度理論計算分析表明，碳納米管管間作用、取向性和纖維致密性是纖維力學性能提升的關鍵。在高速加載條件下，纖維中碳納米管的斷裂比例顯著提升，纖維斷裂模式從碳納米管管間滑移轉變為更多碳納米管的協同斷裂，從而賦予了纖維優異的動態力學性能。

該研究由北京大學張錦院士、北京石墨烯研究院（BGI）蹇木強副研究員團隊聯合武漢大學土木建筑工程學院工程力學系高恩來副教授、中國科學院力學研究所吳先前研究員、中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張永毅研究員團隊合作完成。北京大學博士后張馨時、中國科學院力學研究所特別研究助理雷旭東、武漢大學博士生賈向正為論文共同第一作者，張永毅研究員、吳先前研究員、高恩來副教授、蹇木強副研究員、張錦院士為論文共同通訊作者。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj1082

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