北京大学简慕强教授、北京石墨烯研究院等在6月21日发表于《科学》杂志上的一项研究中开发了一种制备动态强度高达14 GPa的碳纳米管纤维的方法。

轻量化、高强度是纤维材料永恒的追求，针对战场防护、空间碎片捕获等高应变率场景对纤维的应用需求，开发具有超高动态强度、高能量吸收能力的纤维材料具有重要意义。

碳纳米管具有质轻、强度高、模量高、导电性和导热性高等优异性能，被认为是下一代高性能纤维的理想构建材料之一，有望满足高应变率应用的需求。

但由于纤维组装结构问题，碳纳米管纤维的拉伸强度仍不足10 GPa，远低于理想强度，还有很大的提升空间。

中国科学院力学研究所吴先乾教授、武汉大学高恩来副教授、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张永毅教授等科研人员，提出了创新的多尺度结构优化策略。

首先，对浮触媒化学气相沉积制备的碳纳米管纤维进行纯化和功能化处理，然后将其在含有聚对苯撑-2,6-苯并双恶唑(PBO)的氯磺酸(CSA)溶液中进行渐进拉伸，再进行机械致密化，该策略可改善纤维内部的界面相互作用、纳米管排列和致密化，从而实现准静态和动态强度的突破。

碳纳米管跨尺度的有序组装赋予纤维优异的力学性能，碳纳米管纤维的准静态强度达到8.2 GPa，传统防弹性能评价指标Cunniff速度超过1100 m/s，此外该纤维还表现出良好的导电性。

为了揭示碳纳米管纤维的冲击防护性能，利用小型霍普金森拉伸杆研究了纤维在高应变率载荷下的力学行为。结果表明，随着拉伸速率的增加，纤维经历了从延性到脆性破坏行为的转变，表现出明显的应变率强化效应。当应变速率约为1,400 s–1时，纤维的动态强度达到14 GPa，超过了所有其他高性能纤维。

为了研究该纤维的动态响应，在模拟弹道冲击载荷下建立了激光诱导高速横向冲击试验，结果表明该纤维的比能量耗散功率达到(8.7±1.0)×1013m kg–1s–1，远远超过Kevlar等传统防弹纤维。

这些发现表明碳纳米管纤维在冲击防护工程中具有巨大的应用潜力。