高性能纤维材料在航空航天、防弹防护及民用工业等领域的冲击防护应用中具有至关重要的作用。与传统钢装甲通过碎片分散和局部能量分布抵御威胁不同，软体防弹衣利用聚合物纤维通过宏观拉伸变形和受控断裂来吸收能量。根据Cunniff等人的理论分析，纤维的弹道极限速度由其固有性能决定，具体取决于纵向应变波速度和比拉伸韧性，两者的综合性能值Ω是决定弹道性能的关键因素。因此，具有高刚度、高强度和高延展性（基于低密度）的纤维展现出更优异的抗穿透能力。然而，现有材料在强度、韧性和环境稳定性之间始终存在难以调和的矛盾。聚对苯撑苯并咪唑对苯二甲酰胺（PBIA）纤维作为一类杂环芳纶纤维，因在聚合物链中引入杂环单体而成为知名的高性能材料，其理论强度超过30 GPa。然而，由于纤维取向不足和聚合物链间界面相互作用较弱，目前PBIA纤维的拉伸强度（包括准静态和动态强度，仅为4.5–6.5 GPa）远低于理论值，严重制约了其冲击防护应用。尽管已有优化聚合、精纺工艺、机械处理和化学修饰等策略被用于提升PBIA纤维力学性能，但其动态力学强度始终低于8 GPa，表明PBIA纤维的性能仍有巨大的提升空间。

        针对上述瓶颈，中国科学院苏州纳米所‌李清文研究员、胡东梅研究员和北京大学张锦院士、焦琨副研究员、武汉大学高恩来副研究员合作，开发出一种通过原位聚合氧化石墨烯（GO）并结合湿法纺丝技术显著增强杂环芳纶纤维动态力学性能的策略（图1）。研究结果表明，GO/PBIA复合纤维在约500 s⁻¹的高应变率下实现了10.63 ± 0.9 GPa的超高动态强度，较纯PBIA纤维提升了47.23%。在此基础上，通过引入含醚基团的柔性单体进一步聚合，GO/PBIA-O复合纤维的动态韧性达到277.25 ± 49.12 MJ m⁻³，较PBIA纤维的准静态韧性提升了143.01%。激光诱导微粒冲击测试显示，该复合纤维具有显著高于其他高性能纤维的比能量耗散功率。更重要的是，研究团队成功编织出大面积柔性织物，落锤冲击测试表明其比PBIA织物高出40.46%的最大冲击载荷，充分展示了该纤维材料在实际冲击防护应用中的巨大潜力。相关论文以 “High-Performance Heterocyclic Aramid Fibers Reinforced by Graphene Oxide for Advanced Impact-Resistant Applications”为题，发表在Advanced Materials 上。

图1 GO/PBIA纤维的合成策略及其在抗冲击领域应用的示意图

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