南開(kāi)大學(xué)等研獲耐高溫抗極寒“太空海綿”

南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳永勝團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)萊斯大學(xué)研獲了一種新型三維石墨烯材料。該材料有望成為航天裝備制造領(lǐng)域的“太空海綿”,可在4 K(約-269℃)深低溫到1273 K(約1 000℃)高溫區(qū)間保持良好的穩(wěn)定性和高彈性。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

該材料由無(wú)序排列的單層石墨烯片通過(guò)共價(jià)鍵化學(xué)交聯(lián)而構(gòu)成,在低至液氦溫區(qū)的極端低溫條件下具有與室溫下相同的力學(xué)性能,包括高度可回復(fù)的超級(jí)彈性、不變的楊氏模量、近零泊松比以及出色的抗疲勞性能。

通過(guò)自主搭建的力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng),研究人員精確、系統(tǒng)地測(cè)試了在4～1 273 K(約-269～1 000℃)溫度范圍內(nèi),三維石墨烯材料的各項(xiàng)力學(xué)性能。此外,團(tuán)隊(duì)利用改造的掃描電子顯微鏡和原位變溫樣品臺(tái),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(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)的變形特征,并通過(guò)理論模型計(jì)算驗(yàn)證,闡明這一新型材料溫度不變性源于石墨烯特有的sp2雜化的二維碳原子平面晶體結(jié)構(gòu)。