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　　什么是超長碳納米管?什么是超強、超耐疲勞纖維?我們可以從國際學術期刊《科學》上的一篇論文講起。

　　“神奇”的發現：被連續拉伸上億次而不發生斷裂

　　碳納米管是人類發現的強度和韌性最好的材料之一，單位質量上的拉伸強度是鋼鐵的276倍。然而，如何測量這種小尺寸材料的耐久性，長期以來卻是個難題。

　　2020年8月，《科學》上發表的一篇論文顯示，清華大學化工系魏飛教授團隊成功用一種聲學共振方法對厘米級碳納米管的耐久程度進行了測量。結果顯示，單根碳納米管可以被連續拉伸上億次而不發生斷裂，并在去掉載荷后依然保持初始的超高抗拉強度。

　　白云祥博士是魏飛教授團隊中的一員大將。“在導師魏飛教授的帶領下，我們搭建的聲波共振測試系統實現了對單根超長碳納米管耐疲勞性的測試，測得了碳納米管的超耐疲勞特性，揭示了與傳統材料不同的不存在漸進損傷累積的疲勞破壞機制，豐富了材料疲勞學科理論。”白云祥說。

　　具體來說，他們在碳納米管上修飾二氧化鈦納米顆粒，再通過數字信號控制的揚聲器來發射低頻聲波，激發共振。改變這些顆粒的線密度，就可以控制共振頻率。

　　結果顯示，碳納米管展現出驚人的超耐疲勞特性。在大應變循環拉伸測試條件下，單根碳納米管可以被連續拉伸上億次而不發生斷裂，并在去掉載荷后依然保持初始的超高抗拉強度，耐疲勞性優于目前所有工程纖維材料。

　　與碳納米管打交道是魏飛教授團隊的專長。從實驗室到實際應用過程中，將碳納米管組裝成超強管束或者纖維非常重要，但面臨挑戰。

　　一方面，碳納米管的理論斷裂強度超過100GPa(目前能實現工業化量產的典型碳纖維——T800型碳纖維的斷裂強度為5GPa左右)，如果碳納米管管束或者纖維能發揮出理論強度的八成功力，比如達到80GPa，就足以超越現有的碳纖維10倍還多;但另一方面，只要將碳納米管做成管束或者纖維，其機械性能就會急劇下降，完全不能與單根碳管相比。這些問題一直阻礙著碳納米管在力學領域的實用化進程。

　　“神奇”的閱歷：從拉面中獲得靈感制作出超強碳納米管管束

　　怎么樣才能在看不見摸不著的情況下將一根根平行排列的碳納米管并到一起形成管束?白云祥設想了很多種方案，并最終采用了一種叫作“原位氣流聚焦”的方式成功實現了超長碳納米管管束的制備。然而，測量了管束的力學性能以后，卻發現力學性能隨管束根數的增加呈現下降的趨勢，這和想象中的結果大不一樣。

　　關鍵時刻，導師魏飛提供了思路。他以常見的跨海大橋懸索主纜為例。在平行鋼絲拉索投入使用之前，需要通過調節保證每根鋼絲受力相同，否則就會出現有的鋼絲受力比其他鋼絲大的情況;而一旦受力較大的鋼絲斷裂，它原本承擔的力就會轉嫁到其他鋼絲身上，從而惡化平行鋼絲拉索整體的力學性能。這在結構力學中被稱為“丹尼爾斯效應”。

　　魏飛老師認為這種丹尼爾斯效應可能同樣存在于碳納米管管束中。于是，白云祥決定采用類似的辦法來處理碳納米管束，即用類似拉面的手段對其進行“同步張弛”調整處理。

　　在長時間的摸索之后，白云祥采用“同步張弛法”制備出了拉伸強度超越80GPa的碳納米管管束，接近單根碳納米管，證明了納米材料“尺寸效應”可被有效避免。

　　與白云祥“神奇”的課題類似，他的閱歷也堪稱“神奇”。

　　2015年，白云祥從高分子材料與工程專業跨專業到化學工程與技術專業攻讀博士。加入新環境本就十分陌生，況且完全沒接觸過納米以及力學領域，他只能硬著頭皮從啃英文文獻做起。從對課題一頭霧水，一步步成長，直至成為“專家”，發表論文，他付出了很多。

　　“是什么在激勵你?”“你眼中的科研世界是什么?”記者問，他答：充滿了美感和樂趣的探險之旅。

　　如今，獲得了2023年度京博科技獎—化學化工與材料京博優秀博士獎銀獎，他對以后有哪些規劃?白云祥的回答不假思索：希望能為我國超強碳納米管纖維材料領域的發展作出貢獻。