中科大团队研制出耐“冰火考验”的超轻超弹材料

2019-12-30 新华网

国科学技术大学俞书宏院士研究团队和梁海伟教授课题组近期研制出一种“超轻盈”的新材料,能经历200万次压缩仍“超弹”不变形,可耐受零下100摄氏度到零上500摄氏度的“冰火考验”,在全球同类材料中性能领先,具有重要应用前景。

  中国科学技术大学俞书宏院士研究团队和梁海伟教授课题组近期研制出一种“超轻盈”的新材料,能经历200万次压缩仍“超弹”不变形,可耐受零下100摄氏度到零上500摄氏度的“冰火考验”,在全球同类材料中性能领先,具有重要应用前景。国际材料学领域顶级学术期刊《先进材料》日前发表了该成果。

  既轻盈、坚韧又具备“超弹性”,还要能耐受高温和低温,这是航空航天、软体机器人、机械缓冲、能量阻尼等领域所需的理想材料。很多材料具备其中一种或几种特性,但全部具备的极其稀少。

  近年来,国际学界尝试用碳纳米管和石墨烯来研制轻盈的超弹性材料,但由于工艺复杂,还只能制备出毫米级尺寸的“小物件”,尺寸再增大样品就会坍塌。另一方面,自然界中有些生物材料具备优异的力学性能,但由于它们是纯有机或有机/无机复合结构,一般只能在很窄的温度范围内工作。比如人体的肌腱,可以不断地拉伸,是一种很好的抗疲劳材料,但它只能在人的体温范围内正常运行。还有木材既轻又韧,但不耐高温,因为它也是一种有机物。

  近期,中科大俞书宏院士团队和梁海伟教授课题组发现了一种通过热解化学控制,将结构生物材料转化为石墨碳纳米纤维气凝胶材料的新方法。

  “简单来说,就是借鉴自然界中的一些天然材料的结构,然后把其中的氢、氧元素都‘拿走’,只留下碳。”梁海伟教授说,通过这种方式,就能把生物材料转化成石墨材料。

  经实验验证,新方法制备出的新型石墨气凝胶材料具备优异性能,重量轻至每立方厘米6毫克左右,经历200万次压缩循环后仍能保持超弹性而不变形,在零下100摄氏度到零上500摄氏度的温度范围内均能保持超弹性和抗疲劳性能。

  据介绍,由于这种新材料可“大尺寸”、大批量合成,并具有生物材料的经济优势,在航天太阳能电池、超级电容器、能量缓冲和压力传感装置等领域具有重要应用前景。

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