上海硅酸鹽研究所發(fā)現(xiàn)的三維石墨烯管超材料

上海硅酸鹽研究所發(fā)現(xiàn)的三維石墨烯管超材料



蜂窩材料（多孔材料）具有比剛度高、比強(qiáng)度高、能量吸收能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于復(fù)合材料、環(huán)境、能源和生物等領(lǐng)域，密度小于10 mg/cm3的超輕材料的構(gòu)建已成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)。如金屬（Ni-P）、陶瓷（Al2O3）等的超晶格結(jié)構(gòu)，但隨著密度的降低，這些材料的力學(xué)和電學(xué)性能呈指數(shù)級(jí)下降（n2）。同時(shí)，這些材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可修復(fù)性變形明顯惡化?？茖W(xué)家夢(mèng)寐以求的碳基細(xì)胞材料由碳納米管或石墨烯組成，具有優(yōu)異的機(jī)械和電氣性能。這要求結(jié)構(gòu)單元（碳管或石墨烯板之間）是共價(jià)的。但很難實(shí)現(xiàn)。

最近，上海硅酸鹽研究所、賓夕法尼亞大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院北京大學(xué)開(kāi)展了合作研究。畢輝、陳義偉、黃福強(qiáng)等發(fā)現(xiàn)了一種三維石墨烯管超材料（圖1），它屬于一種新型多孔結(jié)構(gòu)多孔多孔材料，具有較強(qiáng)的力學(xué)性能、低密度和高導(dǎo)電性能，遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的碳材料，石墨烯宏觀結(jié)構(gòu)的密度可以達(dá)到B。e低至1 mg cm-3（連續(xù)可調(diào)），比表面積可高達(dá)1000 m 2g-1，三維石墨烯首次由四個(gè)連接的石墨烯納米管共價(jià)鍵合，形成類(lèi)金剛石的四配位三維穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

三維石墨烯管強(qiáng)度高，壓縮模量高達(dá)100MPa，能承受自身重量的40000倍，無(wú)明顯變形（圖2）。它還具有超高彈性，壓縮變形95%以上。經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，幾乎可以完全恢復(fù)，這是所有細(xì)胞材料中最大的一種，石墨烯氣管材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，導(dǎo)電率可達(dá)70μm-1。三維石墨烯管可作為優(yōu)良的彈性導(dǎo)體。其機(jī)電性能是目前報(bào)道的1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的多孔石墨烯，可應(yīng)用于新能源領(lǐng)域。此外，該材料具有超疏水性，對(duì)有機(jī)溶劑的超快速吸附，對(duì)有機(jī)溶劑的吸附量可達(dá)自身重量的600倍，可用于污水處理。如海上溢油。

相關(guān)工作由國(guó)家自然科學(xué)基金和上海省科委重點(diǎn)基金資助。研究結(jié)果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《高級(jí)材料》（DOI:10.1002/ADMA）上。201502682）。

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