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超彈性抗疲勞碳納米纖維氣凝膠研制成功

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科技日報 2019-12-25 09:39:02

記者從中國科學技術大學獲悉,該校俞書宏院士研究團隊與梁海偉教授課題組合作,通過熱解化學控制,將結構生物材料熱轉化為石墨碳納米纖維氣凝膠,其完美地繼承了細菌纖維素從宏觀到微觀的層次結構,具有顯著的熱機械性能,并實現了大規模合成。相關成果日前發表于《先進材料》上。

具有超彈性和抗疲勞性的輕質可壓縮材料,是航空航天、機械緩沖、能量阻尼和軟機器人等領域的理想材料。許多低密度的聚合物泡沫是高度可壓縮的,在重復使用時往往易疲勞,并在聚合物玻璃化轉變和熔融溫度附近發生超彈性退化。碳納米管和石墨烯雖具有固有的超彈性和熱機械穩定性,但涉及的復雜設備和制備過程使其只能制備毫米級尺寸的材料。另一方面,大自然中從幾億年進化而來的復雜層次結構生物材料,因其優異的力學性能而備受關注,然而由于它們是純有機或有機/無機復合結構,通常只適合在很窄的溫度范圍內工作。因此,將這些非熱穩定的結構生物材料轉化為具有固有層次結構的熱穩定石墨材料,有望創造出熱力學穩定的材料。

該團隊發展了一種利用無機鹽對細菌纖維素進行熱解化學調控方法,實現了大規模合成、形態保留的碳化新工藝,研制的碳納米纖維氣凝膠較好地繼承了細菌纖維素從宏觀到微觀的層次結構,在較寬的溫度范圍內表現出明顯的不隨溫度改變的超彈性和抗疲勞性能。由于碳納米纖維氣凝膠具有優異的熱穩定機械性能并可實現宏量制備,在諸多領域將具有重要的應用前景,特別是適合極端條件下的機械緩沖、壓力傳感、能量阻尼及航天太陽能電池等。

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