隨著科技和材料的發(fā)展，人類對高強(qiáng)度材料的需求日益增長，用于高新技術(shù)、航空航天、國防軍工等領(lǐng)域。為此，世界范圍內(nèi)對高強(qiáng)度纖維材料的研發(fā)一直在持續(xù)推進(jìn)。文章通過介紹超長碳納米管、高強(qiáng)度不銹鋼等前沿研究成果，分析了高強(qiáng)度材料實(shí)現(xiàn)80GPa以上強(qiáng)度水平的科學(xué)機(jī)理，探討了材料強(qiáng)度提升的技術(shù)路徑，展望了高強(qiáng)度纖維材料研發(fā)的新方向。

超長碳納米管的強(qiáng)度水平已達(dá)80GPa以上

清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用氣流聚焦方法成功制備出超長碳納米管管束，實(shí)現(xiàn)了高度排列有序、長度可達(dá)厘米級(jí)的碳納米管結(jié)構(gòu)。這種超長碳納米管管束的拉伸強(qiáng)度可達(dá)80GPa以上，已接近理論極限，是目前所有已知纖維材料中強(qiáng)度最高的。研究還發(fā)現(xiàn)初始應(yīng)力差異會(huì)降低強(qiáng)度，通過“同步張弛”策略來釋放管束中的應(yīng)力可以使強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

鋼鐵研究總院成功研制出2.2GPa級(jí)高強(qiáng)度不銹鋼

為打破強(qiáng)度與韌性之間的相互制約關(guān)系，鋼鐵研究總院提出了多維復(fù)合強(qiáng)韌化理論，即在高密度位錯(cuò)的馬氏體基體中引入多種納米級(jí)第二相顆粒實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化。通過梯度溫差保溫的雙重時(shí)效熱處理獲得理想的微觀組織，成功研制出強(qiáng)度達(dá)2.2GPa、塑性和斷裂韌性同步提高的高強(qiáng)度不銹鋼，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

超高模量碳纖維的抗拉強(qiáng)度可達(dá)600MPa

碳纖維的抗拉強(qiáng)度取決于纖維自身材料特性、纖維取向方式、纖維與樹脂的比例等多種因素。超高模量碳纖維抗拉強(qiáng)度可達(dá)600MPa，是標(biāo)準(zhǔn)模量的3倍，與鋼和鋁相比也具備出色的強(qiáng)度和抗疲勞性能。當(dāng)強(qiáng)度和剛度是首要考量時(shí)，碳纖維復(fù)合材料的確是最佳選擇。

綜上所述，納米碳管、高強(qiáng)度鋼和碳纖維等前沿材料的成功研發(fā)，使高強(qiáng)度纖維材料的性能指標(biāo)已突破80GPa大關(guān)。多相復(fù)合強(qiáng)化、基體微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控是實(shí)現(xiàn)更高強(qiáng)度的關(guān)鍵技術(shù)手段。這為航天、國防等高技術(shù)領(lǐng)域提供了有力支撐。

【微語】留學(xué)是一種經(jīng)歷，是人生的一次旅途，是對世界認(rèn)識(shí)和理解的加深。