碳納米管具有輕質(zhì)、高強、高模、高導電、高導熱等優(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，受限于纖維結構組裝的挑戰，碳納米管宏觀(guān)組裝纖維的強度仍遠低于其理想強度。北京大學(xué)、武漢大學(xué)等高校研究團隊緊密合作，提出了一種高動(dòng)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、機械訓練提高取向度和機械處理提高纖維致密性，獲得了動(dòng)態(tài)強度高達14 GPa的碳納米管纖維。相關(guān)成果6月20日刊發(fā)在《科學(xué)》（Science）上。
研究團隊基于微尺度高速沖擊拉伸實(shí)驗深入研究了碳納米管纖維在高應變率加載下的力學(xué)行為。隨著(zhù)應變率提高，纖維發(fā)生韌脆失效模式轉變，展現出顯著(zhù)的應變率強化效應。當應變率約1400 s–1時(shí)，纖維動(dòng)態(tài)強度達14 GPa，超過(guò)了現有高性能纖維，表明碳納米管纖維在沖擊防護領(lǐng)域具有巨大的應用潛力。實(shí)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(zhù)提升，纖維斷裂模式從碳納米管管間滑移轉變?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。
該研究由北京大學(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(lái)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合作完成。北京大學(xué)博士后張馨時(shí)、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(lái)副教授、蹇木強副研究員、張錦院士為論文共同通訊作者。
