碳纖維織物增強聚合物復合材料具有優(yōu)異的比模量與比強度，在深海應用中展現(xiàn)出巨大潛力。其內(nèi)部大尺度的連續(xù)纖維—樹脂界面，在高壓下易成為海水滲透與擴散的快速通道，制約了其在深海環(huán)境中的進一步應用。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所圍繞深海環(huán)境下聚合物復合材料的損傷機制、組分設計及摩擦學行為開展了系統(tǒng)性研究。近期研究揭示，深海環(huán)境對聚合物復合材料的主要損傷形式表現(xiàn)為樹脂基體微缺陷的生成與界面層厚度的顯著增加。針對深海特異性損傷機理，團隊創(chuàng)新性地提出了一種強韌化界面增強策略，采用真空輔助壓力滲透技術，在碳纖維織物表面成功構(gòu)筑了一種“剛—柔”并濟的雜化強韌界面結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)以聚醚酰亞胺為柔性相，發(fā)揮柔性粘接與應力緩沖作用；以納米金剛石和二維MXene為剛性相提供物理阻隔與機械互鎖點，協(xié)同抑制海水滲透擴散、促進應力高效傳遞。

　　模擬深海高壓環(huán)境的原位摩擦磨損測試結(jié)果表明，這種有機/無機協(xié)同的界面設計，能顯著提升復合材料在極端環(huán)境下的耐磨損性能。在模擬1000米深海壓力下，制備復合材料的摩擦系數(shù)與磨損率均為目前文獻報道的同類材料最低值，為解決深海運動部件材料損傷防護與應用提供了新思路。

　　相關研究成果發(fā)表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing和Polymer Degradation and Stability上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

碳纖維織物表面強韌界面結(jié)構(gòu)設計示意圖