比钢强十倍，比发丝薄六倍！中国突破打破材料界世纪难题，世界最强纤维材料诞生

当一种纤维的动态强度高达10.3 GPa，韧性达到706.1 MJ/m³，这意味着什么？简单来说，它的强度是钢铁的十倍，韧性超越所有已知宏观纤维。这一曾被视为"不可能实现"的材料性能极限，如今被中国科学家成功突破。 图片 北京大学张锦院士团队联合多家科研机构，在《Matter》期刊发表了一项颠覆性研究成果：他们通过碳纳米管"模板引导"策略，成功制备出全球最强性能的碳纳米管/杂环芳纶复合纤维。这项突破不仅破解了材料科学领域长期存在的"强度-韧性悖论"，更预示着防弹防护、航空航天等领域将迎来革命性变革。 世纪难题：为什么"又强又韧"如此困难？ 在材料科学中，强度与韧性就像鱼与熊掌，难以兼得。传统高性能聚合物纤维，如芳纶和超高分子量聚乙烯，虽然单链力学性能极高，但在宏观纤维中却存在致命缺陷。 分子链的"打滑现象"是核心瓶颈。由于纤维内部聚合物链取向度低、孔隙率高以及界面相互作用弱，受力时分子链极易发生滑移，无法充分发挥材料本征性能。这导致目前高分子纤维的动态强度普遍低于8 GPa，动态韧性不足300 MJ/m³。 技术突破：碳纳米管让分子链"整齐排队" 研究团队的创新策略可概括为"模板引导取向"，其核心是让碳纳米管作为"分子指挥官"，引导聚合物链实现高度有序排列。 关键技术突破包括分子设计"软化"链结构、碳纳米管"模板化"取向、两级牵伸精密控制。这一技术路径的成功关键在于实现了纳米尺度上的精确调控，使纤维内部几乎达到"完美有序"状态。 性能飞跃：超越所有已知宏观纤维 在高速加载条件下，新型复合纤维展现出惊人性能：动态强度高达10.3 GPa，比传统芳纶提高两倍以上；动态韧性达706.1 MJ/m³，创造了全球高性能纤维新纪录。 实际防护性能测试结果更令人振奋：直径仅16 μm的单根纤维能抵挡每秒457米的微弹丸，比能量吸收达1.66 MJ/kg，优于Kevlar、PBO、UHMWPE等所有高端纤维。 应用前景：从单兵防护到航空航天 这项技术突破为多个领域带来革命性可能性：单兵防护装备将变得更轻薄，航空航天领域可获得更可靠的碎片防护系统，轨道交通与汽车工业则能实现轻量化与安全性的双重提升。 未来展望：新材料设计范式的开启 张锦院士表示，这项研究不仅是一种新材料的诞生，更开创了一种全新的材料设计方法。碳管导向的分子工程思路有望推广至其他高分子体系，实现从纤维到复合织物的多场景应用。 随着相关技术不断成熟和规模化生产能力提升，这种超强纤维有望在国防、航空航天、安全防护等多个战略领域发挥重要作用，进一步巩固我国在高性能纤维领域的国际领先地位。 从"强或韧"的二选一，到"既强又韧"的协同突破，中国科学家解决的不仅是一个材料科学难题，更是为高端防护装备的发展开启了全新可能。防护材料的下一个时代，已经在中国实验室中悄然开启。 本文基于北京大学、中国科学院等机构公开研究成果整理