美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究团队近日在《先进功能材料》杂志发表研究成果，开发出一种利用碳纳米纤维增强碳纤维复合材料界面结合力的创新技术。这项突破由ORNL研究员Sumit Gupta和Chris Bowland领导，有望为汽车、航空航天等领域提供更轻质、更强韧的结构材料。碳纤维被准备安装在一个装置中，以测试其与聚合物基质的附着力。ORNL的研究人员正在使用聚合物纳米纤维来提高碳纤维复合材料的附着力，从而提升其性能

该技术通过静电纺丝工艺，将聚丙烯腈前驱体纺制成直径约200纳米的纤维，并使其在碳纤维表面形成特殊结构。ORNL研究员Sumit Gupta表示："我们发现碳纳米纤维的化学与机械协同作用能显著提升界面结合强度，这是传统方法难以实现的。"实验数据显示，采用该技术后，复合材料的拉伸强度提升50%，韧性提高近两倍。

研究团队利用ORNL的先进表征设施，包括X射线散射和核磁共振成像等技术，在微观尺度解析了纤维与基体的相互作用机制。Chris Bowland指出："通过精确调控静电纺丝参数，我们可以优化纤维取向和化学键合方式，在异质材料间构建有效的应力传递桥梁。"

这项技术不仅提升了材料性能，还可能降低生产成本。通过增强界面结合力，制造商可以减少碳纤维用量，甚至利用原本可能被废弃的短切纤维。目前研究团队已为该技术申请专利，并寻求工业合作伙伴进行技术转化。

除传统应用外，该技术还为复合材料开辟了新可能。研究团队正探索将其与自感知材料结合，开发能实时监测结构健康状态的智能复合材料。这项研究得到了美国能源部科学办公室用户设施的支持，相关模拟工作利用ORNL的Frontier超级计算机完成。

更多信息： Sumit Gupta 等人，《设计高性能复合材料的物理化学有序界面相》，《先进功能材料》(2025 年)。期刊信息：先进功能材料