新(xīn)型超强韧石墨烯材料有(yǒu)望替代碳纤维
发布时间：2022-01-25浏览次数：1463
中化新(xīn)网讯 中美科(kē)學(xué)家组成的國(guó)际团队开发出一种超强韧、高导電(diàn)的石墨烯复合薄膜，可(kě)在室温条件下以较低成本制备，有(yǒu)望替代目前广泛使用(yòng)的碳纤维材料。
发表在新(xīn)一期《國(guó)家科(kē)學(xué)院學(xué)报》上的研究显示，北京航空航天大學(xué)程群峰教授课题组和美國(guó)得克萨斯大學(xué)达拉斯分(fēn)校雷·鲍曼团队受到天然珍珠母力學(xué)结构的启发，制备出微观结构类似于珍珠母的有(yǒu)序层状石墨烯结构。
此前将石墨烯单片机械堆叠成较厚的宏观材料耗时费力。例如制备人头发厚度的石墨烯薄膜，需要堆叠15万层单片石墨烯，且片层间界面作用(yòng)较弱，力學(xué)性能(néng)较差。
珍珠母具有(yǒu)高强度、高韧性的力學(xué)性能(néng)，主要得益于内部规整的层状结构和离子键、共价键、氢键等丰富的界面作用(yòng)。研究人员采用(yòng)化學(xué)制备法而非机械堆叠制备出这种材料。他(tā)们借鉴了珍珠母的层状连接方式，通过在氧化石墨烯层间引入共价键、共轭键等不同键连的交联分(fēn)子，将石墨烯纳米片牢固地“缝合”在一起，制造出强韧一體(tǐ)化的高导電(diàn)石墨烯薄膜。
程群峰说，这种薄膜材料的拉伸断裂强度是普通石墨烯薄膜的4.5倍，韧性是后者的7.9倍。
研究人员介绍，传统碳纤维材料的制备条件需超过2500摄氏度，但新(xīn)材料可(kě)在45摄氏度以下的室温进行制备，强度与碳纤维复合材料相当，成本更加低廉，易实现商(shāng)业规模化制备。
程群峰说，这种廉价、低温的高性能(néng)多(duō)功能(néng)石墨烯纳米复合材料在航空航天、汽車(chē)、柔性電(diàn)子器件等领域具有(yǒu)广泛应用(yòng)前景。
论文(wén)通讯作者鲍曼说，薄膜有(yǒu)望取代飞机、汽車(chē)等设备使用(yòng)的碳纤维复合材料。
