具有高达10 GPa动态强度和高达700 MJ m?3动态韧性的芳纶纤维

超高性能芳纶纤维通过调控碳纳米管取向与多级拉伸工艺实现强度（10.3 GPa）与韧性（706.1 MJ/m3）协同突破，抑制聚合物链滑移并增强界面互作，显著提升抗高速冲击性能。

　　

进展与潜力

对于用于冲击防护应用的纤维材料而言，超高的动态强度和韧性至关重要。然而，强度与韧性之间的权衡一直是材料科学中的一个持久性挑战。要同时在这两种性能上取得突破，需要创新的制造策略。聚合物链在受力过程中容易发生滑移，这会削弱其固有的机械性能，从而限制了聚合物纤维的强度和韧性。为了解决这个问题，我们开发了一种有效的策略，通过调节纤维内碳纳米管的取向来抑制链滑移。我们对碳纳米管和芳纶链进行了分子工程处理以实现兼容性，并采用多阶段牵伸技术来使这两种材料对齐，以优化纤维的层状结构。这种层状结构的优化改善了界面相互作用，提高了载荷传递效率，从而在高速冲击下有效抑制了链滑移，使得芳纶链能够更好地断裂。基于这一策略，我们制备出了动态强度高达10 GPa、动态韧性高达700 MJ m^?3的芳纶纤维。用这些纤维编织的织物也表现出优异的防弹性能，为这些纤维的实际应用提供了依据。这些发现为高性能纤维材料的设计提供了新的见解。

亮点

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成功制备出了高强度和高韧性的芳纶纤维

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通过引入一种柔性单体来调节碳纳米管的取向

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优异的性能归因于芳纶链的显著断裂

总结

对于用于冲击防护应用的纤维材料来说，超高的动态强度和韧性至关重要。然而，强度与韧性之间的权衡一直是材料科学中的一个持久性挑战。在这里，通过调节纤维内长碳纳米管的取向，我们制备出了动态强度为10.3 GPa、动态韧性为706.1 MJ m^?3的碳纳米管/杂环芳纶复合纤维。这种超高的动态性能归因于在高应变率加载过程中聚合物链滑移的抑制以及由此导致的显著断裂；这些现象是由于长碳纳米管的有序排列、孔隙率的降低，以及由此带来的界面相互作用和载荷传递效率的提升。这项工作为在宏观尺度上利用聚合物链的固有机械性能提供了新的理解和可行的途径。

图形摘要