科學(xué)家預測：材料界的強力支柱——碳纖維還(hái)是用可以表現出更好(hǎo)的性能(néng)。他們發(fā)現，在制造過(g山明uò)程中碳纖維聚合鍊有對(duì)準不良的傾向(x校個iàng)，類似于拉鍊在咬合過為城(guò)程中的錯位，是造成(chéng)其性能(néng我用)缺陷的主要原因。

萊斯大學(xué)理論物理學湖得(xué)家Boris Yakobson的實驗室已經(jīng)西也開(kāi)始著(zhe)手分析這(zhè)些被(bèi)忽視的缺店關陷，并提出了如何消除這(zhè)些缺陷的猜想。他們的成(chéng)果將(j她喝iāng)于本月發(fā)表在期刊Advanced Mate弟子rials上。

早在19世紀，托馬斯·愛迪生就(jiù)曾經(jīng)將(jiān開草g)碳纖維做成(chéng)細絲作為他燈泡他爸原型的電熱絲。然而，正式的工業發(fā)展直到(dào看聽)19世紀50年代末才開(kāi)始們工。碳纖維高強、柔韌、導電、耐熱并且具有化學(xué)反應不活潑業書的特性，已經(jīng)應用于網球拍、自行車架的朋、飛機以及許多其他産品的制造中。此外，碳纖維還(hái)可以少兒紡絲編織成(chéng)輕體量、強韌的織物。

Evgeni Penev，Yakobson實驗室的研究科木樂學(xué)家，同時(shí)也是論文的共議票同作者，說(shuō)：“盡管碳纖維的相湖離關研究已經(jīng)得到(dào)了很好(hǎo)的完善，并且相對(du爸友ì)成(chéng)熟，但在低維納草跳米碳這(zhè)個新領域，很多迅速發(fā)展的新理論仍然沒(méi)能了作(néng)很好(hǎo)地開(kāi)微熱發(fā)和利用。”

該團隊通過(guò)建模來推斷使用最多的碳纖維在制造過(g報下uò)程中缺陷的産生，包括加熱聚丙烯腈（PAN）的過(guò空草)程。在1500℃下，除了強鍵合的碳原子，其他物質都(dōu)會(huì行玩)被(bèi)燒掉，最終將(jiāng)它們變成(chéng水舞)基本的石墨烯納米帶，并且其特殊女匠的排列方式可以防止納米帶輕易地嵌東知入到(dào)石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Yako路快bson說(shuō)，他在閱讀關于D環的RNA轉錄的生物學(xué慢制)論文時(shí)，産生了這(zhè)種(zhǒ著作ng)纖維合成(chéng)中的“錯誤輸入”的想法。他認為這(zhè)種藍煙(zhǒng)缺陷在PAN制作碳纖維的過(guò)程中也是信腦不可避免的。 “在這(zhè)之後(hòu)我們進(jìn)行了很多工作空中來确定它們在纖維環境中的位置和對(duì)機械性能(n對我éng)的影響。”Yakobson說(shuō)。

分子動力學(xué)模拟顯示，錯配可以打開(kā金視i)各個聚合物鍊并重新形成(chéng)D環。這(zhè)些環成(c店錯héng)為限制碳纖維性能(néng)的主要因素；Yakobson和他鄉妹的團隊將(jiāng)其減少了四分之行讀一，并有效地將(jiāng)理論估計的纖維強度降低至更接近實驗觀察到(d路子ào)的強度。

論文的第一作者，研究生Nitant Gupta說(shuō)：樂習“對(duì)我來說(shuō)，最有趣的部分是意識到(dào)D環缺陷有懂他可能(néng)使得Burgers矢量變得非常大，這(zhè)腦光在三維材料中幾乎是不可能(nén亮離g)的，甚至是一個荒謬的想法。”資市Burgers矢量用來衡量晶格位錯引起(信化qǐ)的強度扭曲。

令人驚訝的是，研究人員發(fā)現，當PAN鍊與纖維軸不對(duì)準時(頻海shí)，盡管存在D環，但纖維的強度仍你現舊有增加。

研究人員還(hái)确定通過(guò)石墨烯朋白納米帶而不是PAN，就(jiù)可以避免D環的産生。根據模拟，D睡船環是最可能(néng)引發(fā)裂紋的地方，因此盡可能(néng)多地去是消除它們將(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(樹暗zhè)項工作能(néng)在原子報電論建模層面(miàn)上對(d服事uì)相關領域都(dōu)有所幫助。我們希煙木望這(zhè)將(jiāng)為那些在生産一線工作的人提供更多的價值草件，最終使更廣泛的大衆受益。