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最新挖掘出石墨烯“外柔内刚”新特质

2017-01-11 来源:中国塑料机械网
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      科学家预计,未来5到10年里,石墨烯研究会有很大发展,首个石墨烯触摸屏将在三五年内上市,石墨烯电子纸样品2015年可以研发成功,超薄超轻型飞机、超薄可折叠手机、高强度航空材料,甚至更富想象力的太空电梯等未来设备将在相关领域引发革命性突破,并带动价值数万亿美元的新兴产业链。

 

最新挖掘出石墨烯“外柔内刚”新特质


据英国《独立报》8日报道,美国麻省理工学院(MIT)的科学家通过按压并熔化石墨烯薄片,制造出迄今最轻质坚固的材料之一——一种多孔的三维石墨烯结构,其形状类似海绵,密度仅为铁的5%,但坚固程度为铁的10倍多。

 

石墨烯在二维形式时被认为是最坚固的材料,但研究人员一直很难将其二维形式下的坚固强度,转化到有用的三维材料内。在最新研究中,研究团队通过施加热和压力,将石墨烯小薄片按压在一起,制造出一种复杂稳定类似珊瑚和硅藻类生物的结构。新结构名为“螺旋二十四面体”,其表面积相对体积来说很大,但非常坚固。

 

研究团队负责人、MIT土木和环境工程系主任马库斯·比勒解释说:“石墨烯这种二维材料仅一个原子厚,拥有独特的坚固程度和电学属性,但由于太纤薄,很难制成三维材料。不过,我们的最新研究做到了这一点。”

 

比勒指出:“石墨烯在热和压力作用下自然形成的这一几何形状非常复杂,用传统方法不可能制造出来。”在实验中,研究人员用3D打印机制造出扩大数千倍的结构,并对其进行测试,得到了上述结果。

 

这项近日发表在《科学进步》杂志上的新研究表明,新结构的优异性能更大程度源于这一独特的构造而非材料本身。这意味着,科学家可以将其他材料制成同样的几何形状,来获得同样强度的轻质材料。

 

研究人员认为,同样的几何形状甚至能应用于更大块头的结构材料。比如,制造桥梁的水泥可制成同样的多孔几何形状,在降低重量的同时获得同样的坚固程度。此外,由于这一形状内充满了细小的孔隙,因此,有望用于过滤水或化学物质。


巧妙的结构设计再加上3D技术的“加持”,按压在一起的石墨烯小薄片兼具了“轻”和“硬”的特性。新结构的优异性源于结构,这就意味着普通材料同样可以拥有与之比肩的性能。已有专家指出,材料科学研究正从宏观向纳米尺度转变,从传统的材料加工工艺向原子结构构建研究转变。材料“设计师”们搭建出不同结构,让材料就此华丽变身。

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