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厲害了!中國科學家研制出可耐"冰火考驗"的超輕超彈材料

2019-12-31 10:46:16  來源:新華社

中國科學技術大學俞書宏院士研究團隊和梁海偉教授課題組近期研制出一種“超輕盈”的新材料,能經歷200萬次壓縮仍“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”,在全球同類材料中性能領先,具有重要應用前景。國際材料學領域頂級學術期刊《先進材料》日前發表了該成果。

既輕盈、堅韌又具備“超彈性”,還要能耐受高溫和低溫,這是航空航天、軟體機器人、機械緩沖、能量阻尼等領域所需的理想材料。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,國際學界嘗試用碳納米管和石墨烯來研制輕盈的超彈性材料,但由于工藝復雜,還只能制備出毫米級尺寸的“小物件”,尺寸再增大樣品就會坍塌。另一方面,自然界中有些生物材料具備優異的力學性能,但由于它們是純有機或有機/無機復合結構,一般只能在很窄的溫度范圍內工作。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正常運行。還有木材既輕又韌,但不耐高溫,因為它也是一種有機物。

近期,中科大俞書宏院士團隊和梁海偉教授課題組發現了一種通過熱解化學控制,將結構生物材料轉化為石墨碳納米纖維氣凝膠材料的新方法。

“簡單來說,就是借鑒自然界中的一些天然材料的結構,然后把其中的氫、氧元素都‘拿走’,只留下碳。”梁海偉教授說,通過這種方式,就能把生物材料轉化成石墨材料。

經實驗驗證,新方法制備出的新型石墨氣凝膠材料具備優異性能,重量輕至每立方厘米6毫克左右,經歷200萬次壓縮循環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均能保持超彈性和抗疲勞性能。

據介紹,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濟優勢,在航天太陽能電池、超級電容器、能量緩沖和壓力傳感裝置等領域具有重要應用前景。

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