清华大学魏飞Nature子刊：80GPa，史上最强碳纳米管超级纤维！

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碳纳米管被认为是目前发现的最强的几种材料之一，其杨氏模量高达1TPa以上，拉伸强度高达100GPa以上（比强度高达62.5GPa/(g/cm3)），超过T1000碳纤维强度10倍以上。理论计算研究表明，碳纳米管是目前唯一可能帮助我们实现太空电梯梦想的材料。然而，当单根力学性能优异的碳纳米管制备成宏观材料时，其性能往往远低于理论值。例如，已报道的碳纳米管纤维的强度只有0.5~11.5 GPa（比强度0.3~7 GPa/(g/cm3) )，远低于碳纳米管理论强度（>100GPa）。主要原因是形成纤维的碳纳米管均长度较短，单元体之间以范德华力相互搭接，在拉力作用下极易发生相互滑移，无法充分利用碳纳米管的本征高强度。此外，碳纳米管内的结构缺陷和杂乱取向等都会导致纤维强度下降。


过去十年间，魏飞团队在超长碳纳米管生长机理、结构可控制备、性能表征和应用探索方面开展了大量研究，并取得了一系列重要突破。团队曾制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，并具有完美结构和优异性能，创造了世界纪录。此外，团队首次发现了宏观长度碳纳米管管层间的超润滑现象，并实现了单根碳纳米管宏观尺度下的光学可视化及可控操纵。以上成果相继发表在《自然·纳米技术》(NatureNanotechnology)《自然·通讯》（Nature Communications）《化学会评论》（ChemicalSocietyReviews）《化学研究评述》（Accounts of Chemical Research）《先进功能材料》（AdvancedMaterials）《美国化学学会·纳米》（ACSNano）《纳米快报》（Nano Letters）等国际期刊上，引起了学术界的广泛关注，为开展超长碳纳米管制备超强纤维打下了基础。航天航空学院李喜德教授团队一直在微纳米力学领域进行研究，在微尺度材料力学性能测量和表征方面开展了大量的研究工作，相关研究成果分别发表在《自然·通讯》(Nature Communication)、《物理评论快报》(Physical Review Letters)、《科学报告》(Scientific Reports)、《纳米技术》(Nanotechnology)、《应用物理学快报》(Applied physics Letters)等国际期刊。