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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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高恩來(lái)課題組與合作者在Science發(fā)表高動(dòng)態(tài)強(qiáng)度纖維研究成果
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高恩來(lái)課題組與合作者在Science發(fā)表高動(dòng)態(tài)強(qiáng)度纖維研究成果 發(fā)布時(shí)間：2024-06-23 09:54 來(lái)源：土木建筑工程學(xué)院閱讀: 3202 A A A 新聞網(wǎng)訊（通訊員楊柳）6月20日，北京大學(xué)張錦院士、北京石墨烯研究院（BGI）蹇木強(qiáng)副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院工程力學(xué)系高恩來(lái)副教授、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所吳先前研究員、中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張永毅研究員團(tuán)隊(duì)在Science期刊發(fā)表題為Carbon nanotube fibers with dynamic strength up to 14 GPa的研究論文，北京大學(xué)博士后張馨時(shí)、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所特別研究助理雷旭東、武漢大學(xué)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(lái)副教授、蹇木強(qiáng)副研究員、張錦院士為論文共同通訊作者。 670e3a228ee05af4ee367488fc7f544.jpg 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，受限于纖維結(jié)構(gòu)組裝的挑戰(zhàn)，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)緊密合作，提出了一種高動(dòng)態(tài)強(qiáng)度碳納米管纖維的制備方法：引入PBO增強(qiáng)碳納米管管間作用、機(jī)械訓(xùn)練提高取向度和機(jī)械處理提高纖維致密性，獲得了動(dòng)態(tài)強(qiáng)度高達(dá)14 GPa的碳納米管纖維。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(guò)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。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，從而賦予了纖維優(yōu)異的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。 e51e738a18d2ae1e703dc0931fbad5d.jpg 碳納米管纖維的制備、結(jié)構(gòu)與性能 （A）多尺度結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略制備高性能碳納米管纖維 （B-D）碳納米管纖維的結(jié)構(gòu)表征 （E）碳納米管纖維與其他纖維的力學(xué)性能對(duì)比 碳納米管纖維的力學(xué)性能 （A）碳納米管纖維在準(zhǔn)靜態(tài)加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 （B）碳納米管纖維在準(zhǔn)靜態(tài)加載下的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和韌性 （C）不同纖維的比能量吸收和縱波波速對(duì)比 （D）碳納米管纖維在高應(yīng)變率加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 （E）不同應(yīng)變率加載下碳納米管纖維的拉伸強(qiáng)度 （F）碳納米管纖維與其他纖維的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度對(duì)比 （G）不同應(yīng)變率加載下碳納米管纖維的動(dòng)態(tài)韌性 （H）激光誘導(dǎo)高速橫向沖擊纖維的示意圖 （I）不同纖維的比能量耗散功率 右一為賈向正，右二為高恩來(lái) 右一為賈向正，右三為高恩來(lái) 論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj1082 （供圖：土木建筑工程學(xué)院 編輯：趙冀帆） |
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