1.研究背景Research background

在材料科学领域，高强度与高韧性常常被视为一对难以调和的矛盾特性。传统材料，诸如金属合金、玻璃以及碳基材料等，在特定性能方面或许有着不俗的表现，然而却难以在这两项关键特性上实现兼得。天然纤维，以蜘蛛丝为例，因其独一无二的高强度与高韧性组合而备受瞩目，可其产量有限且成本居高不下，大规模应用面临重重困难。近几年来，科学家们借助电纺丝技术制备出了高强度的单聚合物纳米纤维，但这些纤维的机械性能依旧未能满足实际应用场景中的诸多挑战。本文通过别具一格的设计理念与创新性的制备工艺，成功开发出一种兼具高强度和高韧性的聚合物纤维，为未来材料在更广泛领域的应用拓宽了全新的视野与可能性。

2.本文要点Highlights

创新性的纤维制备工艺

研究团队运用电纺丝技术，制备出由数千根纳米纤维构成的多纤维聚丙烯腈（PAN）纱线。在此基础上，添加双功能聚乙二醇双叠氮化物（PEG-BA）作为连接分子，进一步强化了纤维的机械性能。经过拉伸和退火处理之后，纤维的强度与韧性实现了显著提升。

高强度和高韧性的理想融合

经过优化处理的 PAN/PEG-BA 纱线展现出了卓越的机械性能，其拉伸强度高达 1236±40 MPa，韧性达到 137±21 J/g，与天然蜘蛛丝的性能处于同一水平。这种纤维不仅具备高强度特性，还能承受反复的拉伸与卸载操作，呈现出了优异的耐久性表现。

广阔的应用前景展望

这种兼具高强度和高韧性的纤维，在生物医学、卫星技术、纺织品、飞机以及汽车等多个领域蕴含着巨大的应用潜力。鉴于其制备工艺的简洁性与可扩展性，未来极有可能取代传统材料，进而成为新一代高性能纤维的典范代表。

3.研究结论Research conclusion

本文通过创新的电纺丝技术和后处理工艺，成功制备出兼具高强度和高韧性的聚合物纤维。该纤维的机械性能与天然蜘蛛丝相当，且具有优异的耐久性和可加工性。研究结果表明，纤维的高性能主要归功于纳米纤维的高度取向、结晶度的提升以及PEG-BA分子在纤维间的连接作用。这种纤维不仅为材料科学领域提供了新的设计思路，还为未来高性能纤维的大规模应用奠定了基础。

4.文章信息Article information

Xiaojian Liao, Martin Dulle, Juliana Martins de Souza e Silva, Ralf B. Wehrspohn, Seema Agarwal, Stephan Förster, Haoqing Hou, Paul Smith, Andreas Greiner*. Science, 366(6471), 1376-1379 (2019). 

https://doi.org/10.1126/science.aay9033