科學(xué)家預測：材料界的強力支柱—南中—碳纖維還(hái)可以表現出更好(hǎo)的性能(néng)。他們發(f愛術ā)現，在制造過(guò)程中碳纖維聚合鍊有對(duì)服裡準不良的傾向(xiàng)，類似于拉鍊在咬合過(guò)程中的男的錯位，是造成(chéng)其性能(北物néng)缺陷的主要原因。

萊斯大學(xué)理論物理學(xué)家Boris 銀資Yakobson的實驗室已經(jīng)開(kāi)始著(zhe)手分析這(市美zhè)些被(bèi)忽視的缺陷，并提出了如何消除這(zhè)些缺陷的猜想。喝歌他們的成(chéng)果將(jiāng)于本月發(fā)表在期刊Adv冷土anced Materials上。

早在19世紀，托馬斯·愛迪生就(jiù)曾經(jīng)將(jiāng體作)碳纖維做成(chéng)細絲作為他燈泡原型的電熱絲信關。然而，正式的工業發(fā)展直到(dào)19世紀50年代末才開明光(kāi)始。碳纖維高強、柔韌、導電、耐熱并且具有化學(xué東報)反應不活潑的特性，已經(jīng)應用于網球拍、筆新自行車架、飛機以及許多其他産品的制造中子銀。此外，碳纖維還(hái)可以紡絲編織成(chéng)輕體量、強韌的織物也熱。

Evgeni Penev，Yakobson實驗姐她室的研究科學(xué)家，同時(shí)也是論文的共同作者黑路，說(shuō)：“盡管碳纖維的相關研究已經又謝(jīng)得到(dào)了很好(hǎo)的完善，并且相對(duì微地)成(chéng)熟，但在低維納米碳這(zhè)個新領域，很多迅算弟速發(fā)展的新理論仍然沒(m筆相éi)能(néng)很好(hǎo)地開(kāi)發(f器喝ā)和利用。”

該團隊通過(guò)建模來推斷使用最草船多的碳纖維在制造過(guò)程中缺陷的産生，包括加熱聚丙國輛烯腈（PAN）的過(guò)程。在1500℃下，除了強鍵合的碳原子，機紅其他物質都(dōu)會(huì)被(木吧bèi)燒掉，最終將(jiāng)它們變成(chéng)基本的石墨烯納米帶，事一并且其特殊的排列方式可以防止納米帶輕易地嵌入到(dào)石制小墨烯典型的蜂窩晶格中。

材料科學(xué)和納米工程與化學(xué)教授Yakobs年又on說(shuō)，他在閱讀關于D環的RNA轉錄的生物學(xué綠微)論文時(shí)，産生了這(zhè)種(zhǒng)纖維合成(chén司筆g)中的“錯誤輸入”的想法。他認為這金街(zhè)種(zhǒng)缺陷在PAN制作碳纖維的過(guò)程中也是不可避免一刀的。 “在這(zhè)之後(hòu)我們進(jìn)行是街了很多工作來确定它們在纖維環境中的位置歌黑和對(duì)機械性能(néng)的影響。”Y拿中akobson說(shuō)。

分子動力學(xué)模拟顯示，錯配可以打開(k湖上āi)各個聚合物鍊并重新形成(chéng)D環。這(z大少hè)些環成(chéng)為限制碳纖維聽下性能(néng)的主要因素；Ya自照kobson和他的團隊將(jiāng)其減少體少了四分之一，并有效地將(jiāng)理論估計的纖維強度降低至更接近實驗觀我服察到(dào)的強度。

論文的第一作者，研究生Nita內妹nt Gupta說(shuō)：“對(duì)我來說(shuō)，最有趣資電的部分是意識到(dào)D環缺陷有可能(néng)使得Burgers船店矢量變得非常大，這(zhè)在三維材料中幾乎是不可腦樹能(néng)的，甚至是一個荒謬的想法。”Burgers矢量用來衡量晶格位錯引章了起(qǐ)的強度扭曲。

令人驚訝的是，研究人員發(fā)現，當PAN鍊與纖維軸呢服不對(duì)準時(shí)，盡購腦管存在D環，但纖維的強度仍舊有增加。

研究人員還(hái)确定通過(guò)石墨烯納米帶而不是PAN，這得就(jiù)可以避免D環的産生。根據模拟，D環是最有土可能(néng)引發(fā)裂紋的地方，因此盡可能(néng)多地消除它到男們將(jiāng)有益于纖維強度的提升。

Penev說(shuō)：“除了細節上的工作，我們希望這(zhè)項工作能(草匠néng)在原子論建模層面(miàn)上對(duì)相關領域都(dōu)低時有所幫助。我們希望這(zhè)將(jiāng)為那些在生産一線影拍工作的人提供更多的價值，最終使更廣泛的大衆受弟和益。