什么是碳纤维，为什么它们的性能如此受欢迎？

碳纤维 (CF) 是直径为 5-10 微米的纤维，主要由芳香碳域制成。CF具有几个优点，例如高刚度、高抗拉强度、高强度重量比、高耐化学腐蚀、耐高温和耐受性以及低热膨胀。所有这些特性使 CF 不仅具有竞争力，而且通常优于金属，因为这些特性可以在更轻的重量下实现。

重要的是要注意不能单独使用纤维，因为它们看起来像一缕未捆扎的头发。因此，它们被编织成织物并用环氧树脂浸渍以制成复合材料，固化后将形成最终部件。编织工艺不仅需要为所需部件提供所需的结构，还需要优化负载分布。

此外，虽然纤维具有非常高的拉伸强度和弹性模量，但它们的压缩对应物却没有那么好。这在复合级别和 CF 级别都是如此。为简单起见，这是因为 CF 中的碳质分子堆叠为石墨片（类似于石墨），因此它们的高拉伸强度源自这些片内非常强的碳键。然而，在压缩下，较弱的层间结合限制了 CF 的强度。这实质上是 CF 分子结构非常各向异性的结果。在复合材料中，这通过机织织物的特定设计在很大程度上得到缓解。

然而，一种可以同时实现高强度和高模量的纤维需要对分子结构进行根本性的重新设计，这是我们在这项工作中实现的目标之一：一种具有相似弹性拉伸和压缩性能的新型各向同性纤维。