在这个宏观的世界里，我们都会时不时地感到疲劳。对于一束束的碳纳米管来说也是如此，不管它们各自的组件有多完美。

莱斯大学(Rice University)的一项研究计算了应变和应力如何影响“完美”的纳米管和那些组装成纤维的纳米管，同时发现尽管纤维在循环荷载下可能会随着时间的推移而失效，但纳米管本身可能保持完美。管道或其纤维在机械环境下能维持多久可以决定其应用的实用性。

这使得这项发表在《科学进展》杂志上的研究对赖斯材料理论学家Boris Yakobson、研究生Nitant Gupta和赖斯乔治·r·布朗工程学院助理研究教授Evgeni Penev来说非常重要。他们利用模拟技术，如动力学蒙特卡罗方法，量化了循环应力对纳米管的影响。他们希望为研究人员和工业界提供一种方法，来预测纳米管纤维或其他组件在给定条件下的预期使用寿命。

Penev说:“我们小组很久以前就研究了单个纳米管强度或耐力的时间依赖性，现在我们正在考虑对纳米管及其纤维或组件的循环加载情况下的影响。最近，一些实验报告称，碳纳米管和石墨烯会因疲劳而发生灾难性故障，但不会出现渐进性损伤。这种好奇和惊讶足以重新点燃我们的兴趣，并引导我们完成这项工作。”

碳纳米管被认为是自然界中较坚固的结构之一，除非某些剧烈的冲击利用了它们的脆性，把它们砸成碎片，否则它们往往会保持原样。研究人员通过原子尺度的模拟发现，在环境条件下，甚至在弯曲或弯曲的情况下，纳米管能够很好地处理日常压力。当点缺陷(Stone-Wales缺陷)确实自发出现时，对这些“不知疲倦”的纳米管的影响是可以忽略的。

他们发现，同样的原理也适用于无缺陷石墨烯。

但是，当数以百万计的纳米管被捆绑成线状纤维或其他结构时，将平行的纳米管捆绑在一起的范德华力并不能阻止它们的滑移。今年早些时候，研究人员已经证明了纳米管之间的摩擦是如何导致纳米管之间更强的界面，并对其难以置信的强度负责。利用这个模型，他们现在测试了在循环载荷下疲劳是如何产生的，以及疲劳是如何最终导致失效的。

莱斯大学的研究人员确定了纳米管发生塑性破坏的几种方式，要么是在6%应变下的位错运动(上)，要么是在14%应变下的剪切带形成(下)。这两种机制，在动力学蒙特卡罗模拟中都可以看到，只有在极端条件下才会激活，所以它们都不是导致纳米管疲劳的重要因素。资料来源:尼坦特·古普塔/雅克布森研究集团

每当纳米管纤维被拉伸或拉伸时，一旦拉力被释放，它基本上就会恢复原来的形态。“大部分”是关键；残余滑移量很小，且随循环次数的增加而增加。这就是塑性:具有不可逆转的不完全恢复的变形。

古普塔解释说:“纳米管纤维的循环加载会导致相邻的纳米管要么滑走，要么相互靠近，这取决于它们处于循环的哪个部分。这种滑移是不相等的，导致每个周期的总应变积累。这被称为应变棘轮，因为总应变总是朝一个方向增加，就像棘轮朝一个方向移动一样。”

研究人员指出，纤维应该能够克服失败的风险，延长不可避免的滑移。

古普塔说:“正如我们所知，一些好的纳米管纤维生产策略可以导致拉伸强度高于10吉帕(GPa)，这对于它们在日常生活中的应用来说是难以置信的。我们还发现，从我们的测试中，他们的耐力极限可以是30%-50%，这意味着至少在3 GPa的纤维可能有实际上的无限寿命。这对于它们作为低密度结构材料的应用是很有前景的。”