ORNL纳米纤维研究加强了纤维与基质之间的桥梁

虽然复合材料已经具有许多优点，但它们容易受到应变的损坏，因为两种不同的材料——刚性纤维和软基体或粘合剂物质——被组合在一起制造它们。根据ORNL的说法，两种材料之间的界面需要改进，因为它会影响复合材料的整体机械性能。

ORNL的Sumit Gupta说，研究小组沉积了像蜘蛛网一样的热塑性纳米纤维，以化学方式形成一个支撑网络，使中间阶段变得坚韧。他们的技术不同于用聚合物涂覆纤维表面的传统方法，或提供刚性支架以改善纤维和基体之间的粘合，这些方法已被证明是低效和昂贵的。

Gupta说，该团队精心选择了纳米纤维和基体材料，以创建高比表面积的脚手架或桥接作为载荷传递途径，这是一种在增强纤维和周围基体材料之间传递应力的机制。

“我们的工艺使材料能够承受更大的压力，”Gupta解释道。“通过使用这种简单、可扩展和低成本的方法，我们能够将复合材料的强度提高近 60%，将其韧性提高 100%。”

他补充说，以这种进步制造的复合材料可以改善我们日常生活中应用的无数事物，从车辆到飞机。“一旦我们了解了我们开发的基础科学和化学，我们就确信我们拥有有价值的应用技术，”ORNL的Christopher Bowland说。“开拓新技术和理解基础科学是我们工作的一个方面。尽管如此，应用研究的另一个方面是探索如何将技术转化为现实世界的应用以造福社会。通过与ORNL的技术转让团队合作，这项研究已经申请了专利，有可能将该技术转化为商业合作伙伴。

鲍兰德说，未来的研究在于具有相容化学基团的不同纤维和基质系统，研究人员计划对纳米纤维本身进行更多研究，以提高其强度。这篇论文详细介绍了这项由ORNL领导的研究，“通过分层形成增强复合材料韧性”，发表在《高级科学》杂志上，并刊登在该杂志的内封面上。

这项研究是美国能源部能源效率和可再生能源办公室（VTO-EERE）车辆技术办公室材料技术计划新成立的复合材料核心计划2.0的一部分。该计划由ORNL与参与实验室太平洋西北国家实验室和国家可再生能源实验室共同领导，致力于通过先进材料开发来提高车辆效率。

“实现该计划目标的一条途径是用碳纤维复合材料取代较重的钢部件，碳纤维复合材料目前具有最佳的减重潜力，”ORNL碳和复合材料小组负责人Amit Naskar说。“在高性能纤维增强复合材料中开发更坚固、更坚韧的界面可以降低纤维体积分数，从而改善复合材料结构的质量减少和随后的成本效益。”

研究团队利用ORNL计算和数据科学用户设施的资源进行计算研究，以了解基本的键合力。该团队还在纳米相材料科学中心（CNMS）采用了原子力显微镜来表征设计界面的刚度或刚度。CNMS是ORNL的DOE科学办公室用户设施。