据外媒报道，筑波大学（University of Tsukuba）研究团队利用透射电子显微镜直接观察到碳纳米管纤维的断裂是由分子滑移引起的，其中涉及静态和动态摩擦之间的反复转换。此外，研究人员还发现，将氮掺杂到单个碳纳米管分子中，然后将它们集束成纤维，可以大大抑制这种滑移现象。具体来说，当用电子束照射氮掺杂纳米管时，所得纤维表现出增强强度。

（图片来源：筑波大学）

二氧化碳和甲烷等简单多原子分子的形状具有特定的对称性，这取决于原子的连接方式。作为模仿这类多原子分子形状的纳米至微米大小颗粒，胶体分子可以形成软材料。然而，以往合成具有特定对称性的胶体分子，需要多步合成过程。

碳纳米管（CNT）具有卓越的机械强度，可以用作抗冲击材料和构建材料，具有良好的应用潜力。为了真正实现可行性，基于CNT的材料必须达到至少10 GPa的断裂强度，相当于使用一根细如头发丝的纤维支撑10 kg重量。然而，当将CNT纺成纤维时，分子间滑移会使其强度大幅降低至1 GPa左右。

筑波大学的研究人员从实验和理论的角度探讨这种滑动现象背后的机制。他们第一次观察到CNT分子之间发生的粘滑（stick‒slip）现象，即静态和动态摩擦之间的反复转变。这项研究发表在期刊《碳（Carbon）》上。

结果表明，这一现象对分子间滑移具有较大影响。这些发现还表明，通过电子辐照促进分子之间形成更强劲的键，可以增强这些CNT的强度，从而产生更坚固的CNT束。

这项研究表明，氮掺杂结合电子辐照，是制备高强度CNT基材料的有效策略。这一突破为实现新型抗冲击材料和轻量化、高强度结构部件铺平了道路，有助于未来生产更安全、更轻的车辆和更高效的基础设施。