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你能想象吗？一根小小纤维断裂伸长率和韧性分别为贝壳的200倍和300倍左右。近日，哈尔滨工业大学在超高韧性纤维制备和机械力调控纤维极化发光方面的研究取得重要进展，纤维表现出高断裂伸长率、高强度和高韧性，就实现了这样的创举。相关的研究成果以题为《多尺度变形机制导致同时具有螺旋和仿贝壳结构的纤维的高韧性和圆偏振发光》发表于《自然·通讯》（Nature Communications）期刊上（影响因子11.47），哈工大为该论文的第一作者单位和通讯单位。
众所周之，纳米材料在微观尺度下具有优异的物理、化学和机械性能，如何将这些优异的性能拓展到宏观尺度是科学界和工程领域面临的重大难题。我校微系统与微结构制造教育部重点实验室胡平安教授和王振龙教授带领的团队，基于跨尺度制造的理念，创造性地将微观—介观—宏观尺度相结合，构建出了多级结构的纤维。研究者利用电化学剥离的高质量的石墨烯片和聚乙烯醇为原料，在溶液中使两者自组装形成仿贝壳的“砖”和“泥”结构；接着将溶液纺织成纤维状，进一步将纤维纺织成螺旋结构，从而形成同时具有仿贝壳结构和螺旋结构的纤维。基于多尺度变形耗散外力做功的原理，该纤维实现了断裂伸长率达414%，韧性达640 J/g，该性能分别为贝壳的200倍和300倍左右。利用该方法，研究者还批量制备出了多种二维材料与聚合物形成的复合纤维，证实了该方法具有普适性。
据研究者介绍，这种纤维在人体防护（如防刺手套、服装）、高灵敏度力学传感器、可编织及穿戴设备等方面具有潜在的应用价值。同时，研究者通过与美国密歇根大学尼古拉斯·卡托夫（Nicholas A. Kotov）教授合作，制备的纤维在材料的极化发光特性调控方面具有重要的应用前景，首次实现了宏观机械力对极化发光性质的调控，这是一种全新的调控手段。
论文的第一作者为哈工大机电学院青年教师张甲，2014年留校任教，获得哈工大青年拔尖人才计划支持和中国科协首批“青年人才托举工程”资助。
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