南開大學研獲耐高溫抗極寒的石墨烯材料

南開大學研獲耐高溫抗極寒的石墨烯材料

三維石墨烯材料的製備及微觀結構

 

具有較大可逆形變功能的彈性材料在各種工程應用中具有廣泛需求。然而,目前幾乎所有高彈性材料的彈性及力學性能都會受到溫度影響,無法在外太空等深低溫環境下保持材料的優良性能。

近日,南開大學化學學院教授陳永勝團隊聯合美國萊斯大學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℃)高溫區間保持良好的穩定性和高彈性。相關研究結果發表於《科學進展》。

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复的彈性變形能力,且當材料被浸於液氦中(77K,約-196℃)或900℃的惰性氣氛中,該材料的力學行為同樣表現。

陳永勝團隊研獲的三維石墨烯材料,由無序排列的單層石墨烯片通過共價鍵化學交聯而構成,在低至液氦溫區的極端低溫條件下具有與室溫下相同的力學性能,包括高度可回复的超級彈性、不變的楊氏模量、近零泊鬆比以及出色的抗疲勞性能。

通過自主搭建的力學性能測試系統,研究人員精確、系統地測試了在4~1273K(約-269~1000℃)溫度範圍內,三維石墨烯材料的各項力學性能。此外,團隊利用改造的掃描電子顯微鏡和原位變溫樣品台,獲得了三維石墨烯材料在極端低溫和高溫條件下壓縮—回彈過程中微觀結構的變形特徵,並通過理論模型計算驗證,闡明了這一新型材料溫度不變性源於石墨烯特有的sp2雜化的二維碳原子平面晶體結構。

研究人員指出,石墨烯和三維石墨烯材料顯著的力學穩定性,使其成為深低溫條件下的最佳研究對象,此次研獲的新型“太空海綿”在航天裝備製造等領域具有良好應用前景。

相關論文信息:DOI: 10.1126/sciadv.aav2589

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