中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士研究團(tuán)隊(duì)和梁海偉教授課題組近期研制出一種“超輕盈”的新材料， 能經(jīng)歷200萬(wàn)次壓縮仍“超彈”不變形， 可耐受零下100攝氏度到零上500攝氏度的“冰火考驗(yàn)”， 在全球同類材料中性能領(lǐng)先， 具有重要應(yīng)用前景 。 國(guó)際材料學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》日前發(fā)表了該成果 。
【我國(guó)科學(xué)家研制出可耐"冰火考驗(yàn)"的超輕超彈材料】既輕盈、堅(jiān)韌又具備“超彈性”， 還要能耐受高溫和低溫， 這是航空航天、軟體機(jī)器人、機(jī)械緩沖、能量阻尼等領(lǐng)域所需的理想材料 。 很多材料具備其中一種或幾種特性， 但全部具備的極其稀少 。
近年來(lái)， 國(guó)際學(xué)界嘗試用碳納米管和石墨烯來(lái)研制輕盈的超彈性材料， 但由于工藝復(fù)雜， 還只能制備出毫米級(jí)尺寸的“小物件”， 尺寸再增大樣品就會(huì)坍塌 。 另一方面， 自然界中有些生物材料具備優(yōu)異的力學(xué)性能， 但由于它們是純有機(jī)或有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)， 一般只能在很窄的溫度范圍內(nèi)工作 。 比如人體的肌腱， 可以不斷地拉伸， 是一種很好的抗疲勞材料， 但它只能在人的體溫范圍內(nèi)正常運(yùn)行 。 還有木材既輕又韌， 但不耐高溫， 因?yàn)樗彩且环N有機(jī)物 。
近期， 中科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)和梁海偉教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種通過(guò)熱解化學(xué)控制， 將結(jié)構(gòu)生物材料轉(zhuǎn)化為石墨碳納米纖維氣凝膠材料的新方法 。
“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)， 就是借鑒自然界中的一些天然材料的結(jié)構(gòu)， 然后把其中的氫、氧元素都‘拿走’， 只留下碳 。 ”梁海偉教授說(shuō)， 通過(guò)這種方式， 就能把生物材料轉(zhuǎn)化成石墨材料 。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 新方法制備出的新型石墨氣凝膠材料具備優(yōu)異性能， 重量輕至每立方厘米6毫克左右， 經(jīng)歷200萬(wàn)次壓縮循環(huán)后仍能保持超彈性而不變形， 在零下100攝氏度到零上500攝氏度的溫度范圍內(nèi)均能保持超彈性和抗疲勞性能 。
據(jù)介紹， 由于這種新材料可“大尺寸”、大批量合成， 并具有生物材料的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)， 在航天太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、能量緩沖和壓力傳感裝置等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景 。
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