要实现纳米纤维材料的极端动态性能，需要协同开发纳米纤维的固有特性和纤维间的相互作用。尽管碳纳米管（CNTs）具有优异的固有刚度和强度，但范德华相互作用的弱性质制约了开发更佳性能的CNT垫。
近日，威斯康星大学麦迪逊分校Jizhe Cai，Claire Griesbach报道了提出了一种有效的方法来制造轻质纳米纤维（ANF）加强的多壁碳纳米管（MWCNT）垫（ANF−CNT垫），该垫具有增强的界面相互作用，在高速（400 m/s到1 km/s）的微弹撞击过程中产生显著的能量耗散和缓解局部断裂。
文章要点
1）研究发现，在MWCNT中加入少量最佳的ANF增强材料，可以协同改善准静态和动态力学性能，这源于MWCNTs和ANF之间的氢键和π−π堆积作用增强了管间相互作用。因此，在1 km/s冲击下，ANF−CNT垫的最高比能量吸收Ea*达到3.6 MJ/kg，比原始MWCNT垫提高40%，优于目前广泛使用的宏观防护材料。
2）研究人员还发现，ANF−CNT垫的性能受氢键相互作用的响应时间尺度的调节，使得材料的行为对应变率敏感。在超高应变率（~ 107−108 s−1）变形条件下，氢键断裂和重组的不同响应时间尺度进一步增强了与应变率有关的动态性能。
这项研究表明，加入界面动态键（如氢键）的纳米纤维衬垫，在极端工程应用中具有优异的特性和高温稳定性，可作为低密度结构材料。
参考文献
Jizhe Cai, et al, Extreme Dynamic Performance of Nanofiber Mats under Supersonic Impacts Mediated by Interfacial Hydrogen Bonds, ACS Nano， 2021
DOI：10.1021/acsnano.1c07465
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07465
