在這個宏觀的世界里，我們都會時不時地感到疲勞。對于一束束的碳納米管來說也是如此，不管它們各自的組件有多完美。

萊斯大學(Rice University)的一項研究計算了應變和應力如何影響“完美”的納米管和那些組裝成纖維的納米管，同時發現盡管纖維在循環荷載下可能會隨著時間的推移而失效，但納米管本身可能保持完美。管道或其纖維在機械環境下能維持多久可以決定其應用的實用性。

研究人員利用最先進的模擬技術，如動力學蒙特卡羅方法，量化了循環應力對納米管的影響。他們希望為研究人員和工業界提供一種方法，來預測納米管纖維或其他組件在給定條件下的預期使用壽命。

研究人員說:“我們小組很久以前就研究了單個納米管強度或耐力的時間依賴性，現在我們正在考慮對納米管及其纖維或組件的循環加載情況下的影響。最近，一些實驗報告稱，碳納米管和石墨烯會因疲勞而發生災難性故障，但不會出現漸進性損傷。這種好奇和驚訝足以重新點燃我們的興趣，并最終引導我們完成這項工作。”

完美的碳納米管被認為是自然界中最堅固的結構之一，除非某些劇烈的沖擊利用了它們的脆性，把它們砸成碎片，否則它們往往會保持原樣。研究人員通過原子尺度的模擬發現，在環境條件下，甚至在彎曲或彎曲的情況下，納米管能夠很好地處理日常壓力。當點缺陷(Stone-Wales缺陷)確實自發出現時，對這些“不知疲倦”的納米管的影響是可以忽略的。

他們發現，同樣的原理也適用于無缺陷石墨烯。

但是，當數以百萬計的納米管被捆綁成線狀纖維或其他結構時，將平行的納米管捆綁在一起的范德華力并不能阻止它們的滑移。今年早些時候，研究人員已經證明了納米管之間的摩擦是如何導致納米管之間更強的界面，并對其難以置信的強度負責。利用這個模型，他們現在測試了在循環載荷下疲勞是如何產生的，以及疲勞是如何最終導致失效的。

萊斯大學的研究人員確定了納米管發生塑性破壞的幾種方式，要么是在6%應變下的位錯運動(上)，要么是在14%應變下的剪切帶形成(下)。這兩種機制，在動力學蒙特卡羅模擬中都可以看到，只有在極端條件下才會激活，所以它們都不是導致納米管疲勞的重要因素。

每當納米管纖維被拉伸或拉伸時，一旦拉力被釋放，它基本上就會恢復原來的形態。“大部分”是關鍵；殘余滑移量很小，且隨循環次數的增加而增加。這就是塑性:具有不可逆轉的不完全恢復的變形。

研究人員解釋說:“納米管纖維的循環加載會導致相鄰的納米管要么滑走，要么相互靠近，這取決于它們處于循環的哪個部分。這種滑移是不相等的，導致每個周期的總應變積累。這被稱為應變棘輪，因為總應變總是朝一個方向增加，就像棘輪朝一個方向移動一樣。”

研究人員指出，最先進的纖維應該能夠克服失敗的風險，延長不可避免的滑移。

研究人員說:“正如我們所知，一些最好的納米管纖維生產策略可以導致拉伸強度高于10吉帕(GPa)，這對于它們在日常生活中的應用來說是難以置信的。我們還發現，從我們的測試中，他們的耐力極限可以是30%-50%，這意味著至少在3 GPa的纖維可能有實際上的無限壽命。這對于它們作為低密度結構材料的應用是很有前景的。”