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南开大学研获耐高温抗极寒的石墨烯材料

2020-05-07 作者:生命科学   |   浏览(162)

近日,南开大学化学学院教授陈永胜团队联合美国莱斯大学研获了一种新型三维石墨烯材料,该材料可在4K深低温到1273K高温区间保持良好的稳定性和高弹性。相关研究结果发表于《科学进展》。

事实上,通常材料的韧性、弹性在低温环境下会显着降低。普通的无机金属、陶瓷材料的弹性应变范围极其受限。改善这类不足的方法包括构建多孔的、多级的材料结构,如金属微格、纳米陶瓷微格等。然而这些材料都是基于传统材料的二次加工,所以无一例外地,其力学性能仍受温度影响。制备基于可逆相变的具有形状记忆功能的超弹性合金及陶瓷虽然可以在一定程度上增大材料的弹性应变范围或韧性,并扩展材料应用的温度范围,但却不能根本改变温度对弹性的影响。

三维石墨烯材料的制备及微观结构

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金沙js娱乐场官方网站,既往研究显示,具有压缩弹性的三维石墨烯材料在室温下具有大形变量可回复的弹性变形能力,且当材料被浸于液氦中或900℃的惰性气氛中,该材料的力学行为同样表现。

通过自主搭建的力学性能测试系统,陈永胜团队精确、系统地测试了在4-1273K(约-269℃至1000℃)温度范围内三维石墨烯材料的各项力学性能;利用团队改造的扫描电子显微镜和原位变温样品台,获得了三维石墨烯材料在极端低温和高温条件下压缩-回弹过程中微观结构的变形特征;通过理论模型计算的验证,阐明了这一新型材料温度不变性源于石墨烯特有的sp2杂化的二维碳原子平面晶体结构。

相关论文信息:DOI: 10.1126/sciadv.aav2589

碳纳米材料,如碳纳米管和石墨烯,具有极高的机械强度、柔韧性以及出色的热稳定性,被认为非常适合作为构筑单元制备不受温度影响的弹性材料。在石墨烯乃至整个纳米材料研究领域,获得一种由纳米材料单体构建的宏观体相材料,例如三维石墨烯,并使其能够保持纳米单体的本征性质是长期以来重要难点问题之一。

具有较大可逆形变功能的弹性材料在各种工程应用中具有广泛需求。然而,目前几乎所有高弹性材料的弹性及力学性能都会受到温度影响,无法在外太空等深低温环境下保持材料的优良性能。

据悉,该项研究由南开大学陈永胜教授团队和美国莱斯大学Pulickel Ajayan教授团队合作完成,获得了国家科技部、国家自然科学基金等支持。

研究人员指出,石墨烯和三维石墨烯材料显著的力学稳定性,使其成为深低温条件下的最佳研究对象,此次研获的新型太空海绵在航天装备制造等领域具有良好应用前景。

具有较大可逆形变功能的弹性材料在各种工程应用中具有广泛需求。然而,目前几乎所有高弹性材料的弹性及其他力学性能都会受到温度影响,更没有一种材料能够实现在外太空等深低温环境下具有高弹性。

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