近期，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所研究員馬鵬程帶領(lǐng)的復合材料團隊與德國德累斯頓萊布尼茨高分子研究所教授Edith M?der合作，嘗試以玄武巖纖維為基底，利用其本身含有的金屬元素并采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，實(shí)現了不同碳納米材料在玄武巖纖維表面的沉積和生長(cháng)。研究結果表明通過(guò)控制實(shí)驗條件，可高效、可控地在玄武巖表面生長(cháng)出高溫裂解碳納米顆粒（PyC-BF）涂層或碳納米管（CNT-BF），并實(shí)現纖維由絕緣體向導體的轉變。研究人員將PyC-BF和CNT-BF纖維束包埋在高分子樹(shù)脂中，在拉伸條件下開(kāi)展復合材料健康檢測的研究。研究發(fā)現，制備的纖維增強復合材料表現出明顯的正壓阻效應（即材料在外界負載條件下電阻增大，且在一定的應力范圍內材料的電阻變化率與應變呈現線(xiàn)性關(guān)系）；含纖維束的導電復合材料基本都是接近整個(gè)材料完全斷裂時(shí)才變?yōu)椴粚щ姡☉兗s為4%）；在拉伸過(guò)程中，電阻變化會(huì )出現“臺階式”上升的行為，這表明內部纖維斷裂是單根先后斷裂的方式。含PyC-BF的復合材料表現出“斜臺階”方式（圖1），而含CNT-BF的纖維材料表現出“直臺階”方式（圖2），這與纖維表面的導電層組成、形貌，纖維和樹(shù)脂之間形成的界面層和浸潤性密切相關(guān)。研究結果發(fā)表在《復合材料A：應用科學(xué)與制造》（Composites Part A: Applied Science and Manufacturing）上。

　　圖1 含裂解碳涂層的玄武巖纖維及其纖維增強復合材料在壓阻效應

圖2 含碳納米管涂層的玄武巖纖維及其纖維增強復合材料的壓阻效應

　　該研究工作顛覆了傳統玄武巖纖維是絕緣材料的概念，實(shí)現了導電玄武巖纖維的制備。研究成果有望在增加玄武巖纖維的功能價(jià)值、拓展其應用領(lǐng)域的同時(shí)，還提供一種新的技術(shù)來(lái)實(shí)現層級結構纖維材料的制備，并可作為一種潛在的纖維增強復合材料界面強度調節方法。相關(guān)科研成果在第21屆國際復合材料大會(huì )（ICCM-21）上作報告，向國際同行介紹該研究團隊的研究進(jìn)展。

　　該項目得到在國家自然科學(xué)基金、國家“千人計劃”、中德科研合作計劃等的支持。