三維石墨烯材料的制備及微觀結(jié)構(gòu)
具有較大可逆形變功能的彈性材料在各種工程應(yīng)用中具有廣泛需求。然而,目前幾乎所有高彈性材料的彈性及力學(xué)性能都會(huì)受到溫度影響,無(wú)法在外太空等深低溫環(huán)境下保持材料的優(yōu)良性能。
近日,南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳永勝團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)萊斯大學(xué)研獲了一種新型三維石墨烯材料,該材料可在4K(約-269℃)深低溫到1273K(約1000℃)高溫區(qū)間保持良好的穩(wěn)定性和高彈性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
既往研究顯示,具有壓縮彈性的三維石墨烯材料在室溫下具有大形變量可回復(fù)的彈性變形能力,且當(dāng)材料被浸于液氦中(77K,約-196℃)或900℃的惰性氣氛中,該材料的力學(xué)行為同樣表現(xiàn)。
陳永勝團(tuán)隊(duì)研獲的三維石墨烯材料,由無(wú)序排列的單層石墨烯片通過(guò)共價(jià)鍵化學(xué)交聯(lián)而構(gòu)成,在低至液氦溫區(qū)的極端低溫條件下具有與室溫下相同的力學(xué)性能,包括高度可回復(fù)的超級(jí)彈性、不變的楊氏模量、近零泊松比以及出色的抗疲勞性能。
通過(guò)自主搭建的力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng),研究人員精確、系統(tǒng)地測(cè)試了在4~1273K(約-269~1000℃)溫度范圍內(nèi),三維石墨烯材料的各項(xiàng)力學(xué)性能。此外,團(tuán)隊(duì)利用改造的掃描電子顯微鏡和原位變溫樣品臺(tái),獲得了三維石墨烯材料在極端低溫和高溫條件下壓縮—回彈過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)的變形特征,并通過(guò)理論模型計(jì)算驗(yàn)證,闡明了這一新型材料溫度不變性源于石墨烯特有的sp2雜化的二維碳原子平面晶體結(jié)構(gòu)。
研究人員指出,石墨烯和三維石墨烯材料顯著的力學(xué)穩(wěn)定性,使其成為深低溫條件下的最佳研究對(duì)象,此次研獲的新型“太空海綿”在航天裝備制造等領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞: 新型三維石墨烯材料