先进烯碳材料研究小组

高分子网络抗裂性的热力学与分子起源

Chemical Reviews 2026, 126, 606-670

这篇 Chemical Reviews 综述把高分子材料的结构与抗裂性能放在同一条可计算的证据链中：裂纹尖端的不可逆区负责耗散能量，裂纹尾部形成损伤痕迹，远场保持弹性；裂纹扩展满足能量释放率 G 与抗裂阻力的平衡。分子层面，交联点之间的链段长度决定断裂前可储存并释放的能量，Lake-Thomas 标度给出疲劳阈值随链段长度增加而提高、而网络模量随链段长度增加而降低的模量-疲劳阈值矛盾。缠结可以在保持链段较长的同时提高模量，因此形成高缠结、低交联密度、长链的 tanglemer 网络。非共价键、动态键和局部化耗散可以提高抗裂性，但分布式耗散会带来滞后；设计重点是把应力和耗散集中在裂纹尖端。更高一级的结构可利用颗粒团簇、纤维、织物和软硬模量梯度进行应力去集中：强界面有利于载荷传递和裂纹钝化，受控滑移或拔出则可延长耗散路径。对课题组碳材料体系，建议把‘长链聚合物网络-石墨烯/CNT 多尺度网络-碳纤维或织物桥联’作为层级结构设计框架；制备上优先保护长链和缠结，采用溶液、乳液或低剪切胶体混合，减少高强度混炼造成的链断裂。界面设计不只追求极强结合，还要通过界面剪切、拔出和裂纹桥联实验确定载荷传递与耗散的平衡。评价时同步记录模量、强度、断裂韧性 Gc、疲劳阈值 Gth、断裂功 Wc、滞后、Mullins/Payne 效应和特征长度 Gc/Wc，避免只用单次拉伸强度判断结构优劣。

超高牵伸比纺丝制备兼具高强度与高导热的石墨烯纤维

Liu, S.; Wang, J.; Zhang, Y. et al. Nature Materials (2026). https://doi.org/10.1038/s41563-026-02733-0

文章利用氧化石墨烯片层在高黏度甘油体系中表现出的类高分子黏弹性，在纺丝阶段实现最高 11 倍牵伸，再结合高温退火降低纤维中的褶皱、孔隙和无序堆垛。最终石墨烯纤维的拉伸强度达到 5.9 GPa、杨氏模量 963 GPa、导热率最高 1,720 W m−1 K−1，电导率 1.3 MS m−1。建议精读时重点讨论高牵伸如何改变二维片层的平整度、取向与致密堆积，以及这种结构调控对强度和热输运协同提升的启示。

预交联海藻酸钠湿纺高强纤维：取向与流变协同

J. Hao, S. Yan, H. Yuan, C. Du, Y. Tan. Carbohydrate Polymers 342 (2024) 122386. DOI: 10.1016/j.carbpol.2024.122386.

要点：作者以Ca2+轻度预交联海藻酸钠溶液，在湿纺中施加高牵伸以抑制链解缠和松弛、提高链与纳米纤维取向。纯海藻酸盐多丝纤维的断裂强度达474 MPa、模量14.4 GPa、断裂伸长16%、韧性51.8 MJ/m3；关键窗口是预交联低于凝胶渗流阈值，不能直接外推到过度交联体系。