本报讯(记者李思辉 通讯员杨柳)近日,北京大学、武汉大学等研究团队合作,提出了一种高动态强度碳纳米管纤维的制备方法——引入聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)增强碳纳米管管间作用,机械训练提高取向性,机械处理提高纤维致密性,获得了动态强度高达14 GPa的碳纳米管纤维。相关成果已发表于《科学》。
碳纳米管具有轻质、高强、高模、高导电、高导热等优异特性,被认为是新一代高性能纤维的理想组装基元。然而,由于纤维结构组装的原因,碳纳米管宏观组装纤维的强度仍远低于其理想强度。
研究团队基于微尺度高速冲击拉伸实验,深入研究了碳纳米管纤维在高应变率加载下的力学行为。随着应变率的提高,纤维发生韧脆失效模式转变,展现出显著的应变率强化效应。当应变率约1400 s-1时,纤维动态强度达14 GPa,超过了现有高性能纤维,表明碳纳米管纤维在冲击防护领域具有巨大的应用潜力。
此外,实验和多尺度理论计算分析表明,碳纳米管管间作用、取向性和纤维致密性是纤维力学性能提升的关键。在高速加载条件下,纤维中碳纳米管的断裂比例显著提升,纤维断裂模式从碳纳米管管间滑移转变为更多碳纳米管的协同断裂,从而赋予纤维优异的动态力学性能。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1126/science.adj1082
《中国科学报》 (2024-06-28 第1版 要闻)