科學(xué)家預測：材料界的強力支柱——碳纖維是放還(hái)可以表現出更好(hǎo)的性能(n得身éng)。他們發(fā)現，在制造過(guò)程中碳纖維聚合鍊有對(du商著ì)準不良的傾向(xiàng)，類似于拉鍊在咬合過(guò)歌間程中的錯位，是造成(chéng)其性能(n購匠éng)缺陷的主要原因。

萊斯大學(xué)理論物理學(xué)家Boris Yakobs視歌on的實驗室已經(jīng)開(kāi)始著(zhe)手分玩輛析這(zhè)些被(bèi)忽視的缺陷，匠笑并提出了如何消除這(zhè)些缺中計陷的猜想。他們的成(chéng)果將(jiāng)于本月發(fā)表相美在期刊Advanced Materials上。

早在19世紀，托馬斯·愛迪生就(jiù)曾經(jīng)將(jiā城厭ng)碳纖維做成(chéng)細絲作為他燈泡原型的電熱絲。然而，正鐵秒式的工業發(fā)展直到(dào)19技車世紀50年代末才開(kāi)始。碳纖維高強、柔韌、導電、耐熱并且具門通有化學(xué)反應不活潑的特性，都河已經(jīng)應用于網球拍、自行車窗得架、飛機以及許多其他産品的制造中。此外，碳纖維的討還(hái)可以紡絲編織成(chéng什店)輕體量、強韌的織物。

Evgeni Penev，Yako業分bson實驗室的研究科學(xué)家，同時(s學空hí)也是論文的共同作者，說(shuō)：“盡管碳纖維的相關研究已經(j遠低īng)得到(dào)了很好(hǎo)的完善，并且相對(duì)成(ché水科ng)熟，但在低維納米碳這(zhè)個新領域，很多迅速發(fā)展的新理論仍鐘我然沒(méi)能(néng)很好(hǎ友開o)地開(kāi)發(fā)和利用。”

該團隊通過(guò)建模來推廠路斷使用最多的碳纖維在制造過(guò)程中缺陷的書刀産生，包括加熱聚丙烯腈（PAN）的過(guò)程。在1500℃下，道東除了強鍵合的碳原子，其他物質都(dōu)會(huì)被(bèi可老)燒掉，最終將(jiāng)它們變成(chéng)基本的石鐵劇墨烯納米帶，并且其特殊的排列方式可以生市防止納米帶輕易地嵌入到(dào)石墨烯典型的蜂公業窩晶格中。

材料科學(xué)和納米工程與化學(舞草xué)教授Yakobson說(shuō)，他在閱秒坐讀關于D環的RNA轉錄的生物學(xué)論文時(shí)，産生了這(zh有機è)種(zhǒng)纖維合成(chén亮店g)中的“錯誤輸入”的想法。他認為這(zhè)種(zhǒng)缺陷在P訊快AN制作碳纖維的過(guò)程中也是不可避免的。 “在這(zhè)之年票後(hòu)我們進(jìn)行了很多工作來确定它們花爸在纖維環境中的位置和對(duì)機械性能(néng為體)的影響。”Yakobson說(shuō)。

分子動力學(xué)模拟顯示，錯配可以打開(跳刀kāi)各個聚合物鍊并重新形成(chéng)D環。這(zhè)些環成(c多購héng)為限制碳纖維性能(néng)的主要因素；Yakobson和他的生市團隊將(jiāng)其減少了四分之一，并有效地將(jiāng)理論估算上計的纖維強度降低至更接近實驗觀察到(dào)的強度。

論文的第一作者，研究生Nitant Gupta海中說(shuō)：“對(duì)我來說(shuō)，最有趣的部分是意不去識到(dào)D環缺陷有可能(黃農néng)使得Burgers矢量變得非常大，這(zh妹裡è)在三維材料中幾乎是不可能(néng)的，甚至是一個荒謬的想法。”Bur到師gers矢量用來衡量晶格位錯引起(qǐ)的強度扭曲計還。

令人驚訝的是，研究人員發(fā)現，當PAN鍊與纖維軸不對(近謝duì)準時(shí)，盡管存在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，就(jiù)物東可以避免D環的産生。根據模拟，D環是最可能(nén化男g)引發(fā)裂紋的地方，因此盡可能(néng)多森體地消除它們將(jiāng)有益于纖維強度的提升。

Penev說(shuō)：“除了細節上的工作，我們希望這匠這(zhè)項工作能(néng)在原子論建模層面(miàn)上對務內(duì)相關領域都(dōu)有所幫助。我們希望這(zhè)將(jiān微長g)為那些在生産一線工作的人提供更多的價值，最終使更廣泛的大衆受益。