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碳納米管具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是新一代高性能纖維的理想組裝基元。然而，由于纖維結(jié)構(gòu)組裝的原因，碳納米管宏觀組裝纖維的強(qiáng)度仍遠(yuǎn)低于其理想強(qiáng)度。

研究團(tuán)隊(duì)基于微尺度高速?zèng)_擊拉伸實(shí)驗(yàn)，深入研究了碳納米管纖維在高應(yīng)變率加載下的力學(xué)行為。隨著應(yīng)變率的提高，纖維發(fā)生韌脆失效模式轉(zhuǎn)變，展現(xiàn)出顯著的應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。當(dāng)應(yīng)變率約1400 s-1時(shí)，纖維動(dòng)態(tài)強(qiáng)度達(dá)14 GPa，超過了現(xiàn)有高性能纖維，表明碳納米管纖維在沖擊防護(hù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

此外，實(shí)驗(yàn)和多尺度理論計(jì)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(xué)性能提升的關(guān)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(zhuǎn)變?yōu)楦嗵技{米管的協(xié)同斷裂，從而賦予纖維優(yōu)異的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adj1082