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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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高恩來課題組與合作者在Science發(fā)表高動態(tài)強度纖維研究成果
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高恩來課題組與合作者在Science發(fā)表高動態(tài)強度纖維研究成果 發(fā)布時間：2024-06-23 09:54 來源：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）蹇木強副研究員團隊聯(lián)合武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院工程力學(xué)系高恩來副教授、中國科學(xué)院力學(xué)研究所吳先前研究員、中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張永毅研究員團隊在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、中國科學(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、高恩來副教授、蹇木強副研究員、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、高模、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱等優(yōu)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(jié)構(gòu)組裝的挑戰(zhàn)，碳納米管宏觀組裝纖維的強度仍遠低于其理想強度。 研究團隊緊密合作，提出了一種高動態(tài)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(xùn)練提高取向度和機械處理提高纖維致密性，獲得了動態(tài)強度高達14 GPa的碳納米管纖維。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(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)變率強化效應(yīng)。當(dāng)應(yīng)變率約1400 s–1時，纖維動態(tài)強度達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領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)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(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)性能對比 碳納米管纖維的力學(xué)性能 （A）碳納米管纖維在準靜態(tài)加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 （B）碳納米管纖維在準靜態(tài)加載下的拉伸強度、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度 （F）碳納米管纖維與其他纖維的動態(tài)強度對比 （G）不同應(yīng)變率加載下碳納米管纖維的動態(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 右一為賈向正，右三為高恩來 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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