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在本系列專題文章中，將會從微觀結構和宏觀角度系統地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復合材料的壓縮性能提出了建議。在上期文章中首先介紹了碳纖維壓縮強度的常見測試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結構及壓縮失效破壞。

近年來，短纖維增強復合材料在汽車和電子等工業領域得到了廣泛應用。這類材料通常由注塑成型加工而成，因而產品內部的材料微觀結構（例如纖維方向及體積比）擁有非均勻分布的特點，并且其復雜的微觀結構導致了復合材料在宏觀尺度上表現出各向異性的非線性力學行為。

本研究的其他次要目標是建立替代模型，將復合材料樣品的輸入參數與有效導熱系數響應關聯起來，以及訓練一個基于滲透路徑存在的微觀結構分類模型。通過數據驅動的熱滲透分析，闡明了各種特性對復雜三維復合材料結構有效導熱系數的影響。這些特征包括復合材料成分的熱學和幾何性質、界面阻力和滲透路徑的存在。生成了一系列具有不同特征的體素微觀結構樣本。使用基于擴散界面的均勻化方法計算評估了它們的有效導熱系數。

近年來，短纖維增強復合材料在汽車和電子等工業領域得到了廣泛應用。這類材料通常由注塑成型加工而成，因而產品內部的材料微觀結構（例如纖維方向及體積比）擁有非均勻分布的特點，并且其復雜的微觀結構導致了復合材料在宏觀尺度上表現出各向異性的非線性力學行為。

在當今追求高性能與可持續發展的工業領域，復合材料正成為越來越多行業的首選材料。其卓越的比強度、比模量、耐腐蝕性和高度可設計性，使其在航空航天、汽車制造、電子設備等行業中逐漸取代傳統金屬材料。然而，傳統的復合材料分析方法難以準確捕捉材料微觀結構對宏觀性能的影響，導致設計中不得不引入較大安全系數，既增加成本又限制材料性能發揮。但現在，一款名為 Digimat 的軟件徹底改變了這一局面。

圖3.MWCNT/PLA納米復合材料的光學結構和微觀結構、XRD示意圖。 圖4.MWCNT/PLA納米復合材料的TGA、熱導率和熱管理性能示意圖。

3.2 微觀損傷機理分析圖8分別對比了3種玻璃纖維增強PC復合材料在 0.001～1000 s-1加載區間內拉伸斷裂后的斷口微觀形貌。從圖8中可觀察到，短玻璃纖維增強 PC 復合材料中玻璃纖維的角度不完全相同，主要是因為短玻璃纖維質量極輕，注塑方法只能控制大部分玻璃纖維為同一方向，后續研究可通過調節短玻璃纖維注塑速率等改善這一問題。

03 圖文導讀 圖1 超聲固結快速制備硅/銅復合材料的示意圖 圖2 Cr-Dia/Cu復合材料(a)的界面微觀結構和(b)金剛石（100）/Cu、(c)金剛石（111）/Cu的EDS作圖結果

這種微觀結構的典型例子是木材和一些復合材料。 圖1. 隨機單向纖維的 RVE 圖2. 隨機單向纖維結構材料的工程常數案例2：體心立方結構（金屬）5. 按照案例1的相同步驟操作。為顆粒定義各向同性材料屬性（E=25000MPa, ν=0.3），并為基體定義各向同性材料屬性（E=18000 MPa, ν=0.3）。

2 個不同的來源：來自荷載工況的模態阻尼、來自材料的復合模態阻尼，并保證從這些來源的阻尼被加在一起，一般軟件都自動確認此和小于 1。

#02「 Digimat 解決方案 」Digimat是一款多尺度復合材料性能預測商業軟件，能夠幫助用戶在材料微觀結構，制造工藝和宏觀結構性能等方面進行高精度預測和分析。Digimat 用戶界面在SMC工藝中Digimat可以從多個角度進行技術支持和分析。微觀結構上，Digimat可以建立RVE單元，分析材料的微觀結構。該結構可以考慮纖維的長短，纖維的形狀，纖維的體積比等。

除了優異的導熱性外，BN/BR復合材料還具有優異的電絕緣性和阻燃性。該仿生復合材料的簡單制備和可擴展性為高性能復合材料的設計和制備開辟了新的道路。

圖9 不同熱處理溫度的 SiC f/SiC 復合材料微觀組織及熱導率 高溫熱處理可促進碳化硅晶體發育，提高結晶度，減少晶體缺陷帶來的聲子散射，從而提高復合材料的熱導率。

近年來，各種組成和微觀結構的SA-TIMs得到了精心的開發，為設計和制備具有實用和智能功能的復合氣凝膠提供了大量技術。未來幾年，SA-TIMs領域將繼續快速發展，其關鍵因素是同時發展原材料成分優化、開發新型混合微觀結構、設計新型裝配微觀結構以及實驗表征與計算機技術的高度融合。在學術團體和產業伙伴的密切合作下，更容易實現性能更好、成本更低的SA-TIMs。

抗疲勞性能好 常用的碳纖維增強復合材料的疲勞極限是其抗拉伸強度的70%~80%，而大多數金屬材料僅能達到30%~50%。減振性能好 復合材料結構件的自振頻率高，同時復合材料中如加入高韌性的數值和橡膠基體還帶有振動阻尼特性。各向異性及性能可設計性 纖維復合材料的性能與纖維的排列方向、鋪層次序和層數，以及成型方式都有關。

不同于傳統工具僅聚焦單一尺度的局限性，Multiscale Designer構建了微觀（纖維/基體界面）-細觀（單胞結構）-宏觀（部件結構）的完整仿真鏈路。通過內置的參數化單胞庫，可輕松應對連續纖維、短切纖維、編織復合材料、蜂窩芯材等多種異質材料類型，同時支持用戶自定義單胞模型，精準表征材料微觀結構與組分交互行為。

隨著BNNS含量的增加，獲得了類似天然珍珠質的層狀微觀結構。在這種結構中，rGO作為連接相鄰堆疊的BNNS層的橋梁，使得PI/ 50BNNS@2.5rGO納米復合紙的面內導熱系數達到16.92 W/m?K。該復合材料具有優異的電絕緣性能、較高的熱穩定性和良好的熱管理性能，是先進領域大功率集成器件電子封裝的候選材料。

核心功能評測2.1 微觀尺度表征能力Digimat-MF模塊通過代表性體積單元(RVE)方法，精確預測復合材料的局部應力/應變場。