山西煤化所提出评估碳纤维微观结构新方法
发布时间： 2025-05-13 08:29:38 信息来源： 山西新闻网-山西日报数字报
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近日，中国科学院山西煤化所研究员张寿春团队在碳纤维微观结构研究领域取得进展，创新性地提出了一种基于纳米压痕技术表征碳纤维径向结构异质性和石墨微晶取向性的新方法，为碳纤维微观结构研究提供了一种制样简单、可靠高效的新技术途径。
就像拨开电缆芯一样，从里到外，从中心向边缘，材料的微观性能未必都能均匀保持一致，这就是径向异质性，也叫做皮芯结构。碳纤维是一种典型的结构异质性物质，对碳纤维径向异质性的微观结构解析和精准调控，对于突破下一代高强度高模量碳纤维技术瓶颈具有重要意义。
随着先进微区表征技术的进步，碳纤维的径向异质性结构特征才逐渐被揭示，然而，此类高分辨分析技术的样品准备难度极高，样品需要保证严格的尺寸精度和表面平整度，其复杂的预处理流程显著增加了实验难度。纳米压痕检测技术犹如一位微观世界的“地质学家”，用纳米探针轻叩材料表面，从细微的凹痕波纹中破译出深藏于原子间的硬度和韧性的密码。研究团队采用纳米压痕技术系统性地评估了几种商品化PAN基碳纤维分别在轴向和横向上微观力学性能（弹性模量和硬度）的径向分布。结果表明强度等级较低的T300和T700S级碳纤维表现出严重的径向微观力学性能异质性。相比之下，T800H、T800S以及T1000G级碳纤维展现出优异的径向微观力学均匀性。
本研究创新性地提出了一种基于纳米压痕技术表征碳纤维微观结构的新方法，弥补了碳纤维微观力学性能径向分布研究的空缺。（记者 沈佳）
