单根碳纳⽶管具有远⾼于聚合物单链的⼒学强度和热导率。如何让千万根碳纳⽶管组成的宏观体纤维在⼒学强度、模量、韧性、延展性和热导率等指标上赶超碳纤维和Kevlar等标杆型聚合物合成纤维，充分释放其中单根组分的性能潜⼒，被认为是碳纳⽶管宏观体纤维实现⼴泛应⽤的关键前提。
近年来，以超强酸处理碳纳⽶管的强化研究实现了较⾼性能纤维的制备，但是如何降低相关⽅法对于原材料的纯度、⻓度、直径等的苛刻要求，使⽅法适⽤于连续宏量的制备条件成为研究⼈员关注的重点，⽽相应的性能强化原理的揭示也将为进⼀步提⾼纤维性能提供指导。
最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼A05组张霄特聘研究员、魏⼩均副研究员、刘华平研究员、周维亚研究员以及解思深院⼠，与英国剑桥⼤学⼯程系Adam Boies教授、Michael De Volder教授以及材料冶⾦系James Elliott教授合作，发展了基于超强酸的双拉强化技术，基于⼤批量⽣产的粗制碳纳⽶管纤维原材料，实现了赶超标杆商业合成纤维的综合优异性能，并揭示了基于超强酸的纤维强化原理。
他们基于浮动催化法CVD（FCCVD）连续⼤批量制备的、较低质（IG:ID~5）、⼤线密度（~0.5 tex）的碳纳⽶管纤维原材料，采⽤“双拉”强化的⼯艺，也即先在超强酸（氯磺酸）中充分拉伸，有效梳理卷曲、缠绕、排布混乱的碳纳⽶管组元，再在氯仿中拉伸紧致挤出残余的超强酸，增加管间相互作⽤，使强化后的纤维同步实现⽐强度3.30 N/tex、⽐模量134 N/tex、断裂能70 J/g和热导率354 W/m/K的优异综合性能。
这让双拉强化碳纳⽶管纤维在⼒学性能上全⾯超过以韧性著称的Kevlar纤维，赶超以强度著称的T800SC等标杆碳纤维和SK60 Dyneema纤维，并在其断裂能和热导率等劣势上实现远超。为了探究基于超强酸的纤维强化原理，他们使⽤原位拉曼光谱系统表征纤维受拉伸时碳纳⽶管组元的应变分布情况。
再结合、对⽐⼴⻆X射线衍射（WAXD）对组元取向度的分析，以及基于纤维FIB切⾯的孔隙率分析等，他们发现传统的基于取向度和紧实度的原理框架并不⾜以解释超强酸相关的强化过程。纤维⼒学性能的⼤幅增强更可能主要得益于以下因素：①更多的碳纳⽶管管束被拉直，从⽽⼤幅增加了纤维中的有效荷载组元⽐例；②单根碳纳⽶管中更⻓部分加⼊荷载管束，从⽽延缓了管间滑移的开启。
该研究将为推进碳纳⽶管纤维在⾼强度、⾼韧性材料和优异热管理⽅⾯实现应⽤起到重要指导作⽤。
相关研究成果最近以“Simultaneously enhanced tenacity, rupture work, and thermal conductivity of carbon nanotube fibers by raising effective tube portion”为题发表在Science⼦刊Science Advances【Sci. Adv. 2022, 8(50), eabq3515】上。
中科院物理研究所的解思深院⼠、英国剑桥⼤学⼯程系Adam Boies教授、Michael De Volder教授和材料冶⾦系James Elliott教授是该⼯作的通讯作者。该研究成果得到了国家重点研发计划项⽬（2018YFA0208402, 2020YFA0714700）和英国EPSRC项⽬“ANAM Initiative” EP/M015211/1等的资助。
该⼯作还得到了北京⼯业⼤学周⽂斌教授、以⾊列理⼯学院R. Khalfin、Y. Cohen教授等在实验⽅⾯的⽀持。