搜索熱:焊縫 開裂
掃一掃 加微信
荒野行动pc版怎么全屏 > 新聞資訊 > 行業動態 > 消息正文
受蛛網啟發,中國科大俞書宏教授課題組研制出超彈性硬碳氣凝膠
發布:blast_k   時間:2019/5/27 11:56:04   閱讀:195 
分享到新浪微博 分享到騰訊微博 分享到人人網 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter

碳材料可按碳原子雜化軌道的不同大致可分為石墨碳、軟碳和硬碳。軟碳和硬碳主要用于描述聚合物熱解制備的碳材料,在熱解過程中,一些碳原子重構成二維芳族石墨烯片,如果這些石墨烯片大致平行,在高溫下則容易石墨化,這種碳被稱為軟碳;如果這些石墨烯片隨機堆疊并通過邊緣碳原子交聯,高溫下不能石墨化,這種碳則稱為硬碳。通常來說,石墨碳和軟碳具有高彈性,容易變形,但是強度較低;由于大量sp3-C引起的硬碳微觀上亂層“紙牌屋”結構的存在,硬碳材料在機械強度和結構穩定性方面展現出極大的優勢,但是本征性質較脆且易碎。如何將硬碳材料制備成超彈性塊材是目前面臨的一個挑戰。

最近,中國科學技術大學俞書宏教授領導的課題組受自然界的蜘蛛網同時具有高強度和彈性的啟發,巧妙通過模板法構筑納米纖維網絡結構,制備了一系列具有納米纖維網絡結構的硬碳氣凝膠。該系列氣凝膠具有超彈性、抗疲勞以及穩定性好等優點。研究論文以“Superelastic hard carbon nanofiber aerogels”為題近期發表在《先進材料》上(Advanced Materials 2019, 1900651),并被選為被封底論文。論文的共同第一作者為中國科學技術大學博士后于志龍和博士生秦冰。

研究人員通過使用間苯二酚-甲醛(RF)樹脂作為硬碳源,以多種一維納米纖維作為結構模板制備RF的納米纖維氣凝膠,通過高溫碳化即可得到超彈性硬碳氣凝膠。這種硬碳氣凝膠微觀結構精細,由大量的納米纖維、以及納米纖維之間的焊接點構成(圖1)。這種方法簡單高效,容易放大生產,通過調節模板與樹脂單體的添加量,可簡便地調控納米纖維的直徑、氣凝膠的密度、機械性能等。


圖1. 硬碳氣凝膠的制備。(a)示意圖,表明通過使用納米線作為模板的通用合成方法;(b)以[email protected]為例,宏量合成RF納米纖維水凝膠;(c)硬碳氣凝膠SEM圖像;(d)顯示納米纖維網狀結構和纖維-纖維的焊接點。

與傳統硬而脆的硬碳塊材不同,這種硬碳氣凝膠表現出了優異的彈性性能(圖2),主要包括結構穩定性(在壓縮50%之后,微觀結構依然能恢復);高回彈速度(860 mm s-1),高于眾多石墨碳基的彈性材料;低能量損耗系數(<0.16),一般石墨及軟碳材料內部存在的分子間作用力,會造成粘附力和摩擦力從而耗散很多能量;抗疲勞性,在50%應變下測試104個循環后,碳氣凝膠僅顯示2%的塑性變形,并保持93%的初始應力。研究人員還探索了這種硬碳氣凝膠在彈性導體方面的應用,在50%的應變下多次壓縮循環后,電阻幾乎不變,展示出穩定的機械-電學性能,同時可以在苛刻的條件下(例如在液氮中)保持超彈性及電阻穩定性。


圖2.碳氣凝膠的機械性能。(a)[email protected]氣凝膠的原位SEM;(b)不同材料能量損耗系數的對比;(c)不同材料回彈速度的對比;(d)碳氣凝膠不同循環下的應力-應變曲線

基于其優異的機械性能,這種硬碳氣凝膠有望在應用于具有高穩定性、大量程(50 KPa)、以及可拉伸或可彎曲的應力傳感器。此外,這種方法可擴展到制備其他非碳基復合納米纖維氣凝膠,為今后提供了一種通過設計納米纖維的微觀結構將剛性材料轉變成彈性或柔性材料的新途徑。

該項研究受到國家自然科學基金委創新研究群體、國家自然科學基金重點項目、中國科學院前沿科學重點研究項目、中國科學院納米科學卓越創新中心、蘇州納米科技協同創新中心等的資助。

文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900651

來源:中國聚合物網

相關信息
   標題 相關頻次
 東華大學俞建勇院士、丁彬研究員團隊在蛋白質吸附分離用納米纖維材料研究領域取得最新研究成果
 2
 中科大俞書宏團隊《先進材料》:超彈性硬碳氣凝膠
 2
 中科院蘇州納米所張學同研究員團隊在氣凝膠纖維領域獲重要進展
 2
 #新能源周報#德州大學工程師擬發明新裝置捕獲熱能
 1
 “太空冰箱”里的奧秘(砥礪奮進的5年·中國溫度)
 1
 “真金不怕火煉”—雜化氣凝膠具超強絕熱性
 1
 《先進功能材料》新型高分子氣凝膠柔性摩擦納米發電機
 1
 《自然》《科學》一周(11.30-12.06)材料科學前沿要聞
 1
 《自然》《科學》一周(2.5-2.11)材料科學前沿要聞
 1
 2016年最具潛力的20大新材料
 1
 3D打印技術突破將為打印“木制”產品開路
 1
 3-D印刷設備構建更好的納米纖維
 1
 Adv. Mater.: 超強超硬纖維素納米纖維
 1
 Angew. Chem.:硼碳氮陶瓷氣凝膠可見光光催化劑
 1
 MIT團隊用“螺旋形納米纖維”制作高彈性、有?;ぷ饔玫娜斯ぷ櫓?/a>
 1
 MIT趙選賀團隊研發高性能純導電聚合物水凝膠
 1
 Nature子刊:仿生分層材料直接自組裝可控制納米纖維形態
 1
 NbSe2納米顆粒的合成及減摩性能
 1
 SLENTITE?:用于定制化氣候管理的全新高性能保溫隔熱材料成功試產
 1
 奧本大學張新宇教授與河北大學鄧奎林教授Adv Compos Hybrid Mater:具有高溶解度和增強的電化學性能的納米聚苯胺
 1
 澳大利亞新研究:新材料遇水變吸管
 1
 北航AFM封面:兼具自清潔、隔熱與電磁波吸收的多功能氣凝膠
 1
 比防彈衣材料更強的纏結型納米纖維結構
 1
 便攜式纖維制備為我們帶來無限可能
 1
 變廢為寶!——從廢紙中誕生的氣凝膠
 1
 超輕的導電銀氣凝膠
 1
 超輕陶瓷氣凝膠可耐受極端溫度
 1
 城市環境所在靜電紡絲技術制備氣凝膠方面取得進展
 1
 城市環境所在石墨烯氣凝膠結構調控方面取得進展
 1
 促進氣凝膠推廣應用 助力新型材料發展
 1
 醋酯纖維膜材料將成為過濾與分離領域的“明日之星”
 1
 大自然帶給我們的啟發:智能應答納米纖維復合材料
 1
 點贊!這些年中國領跑世界的十大科技
 1
 頂刊動態 | Nature子刊/AM/Nano Letters等納米材料最新學術進展匯總
 1
 東南大學研發納米纖維檢測技術 可檢測室內重金屬含量
 1
 對叔丁基酰胺化杯[8]芳烴/聚丙烯腈納米纖維對Cu2+的吸附性能
 1
 二氧化硅氣凝膠或讓火星變得宜居
 1
 高分子材料周報#含聚合物凝膠的超級電容器
 1
 個性化醫療有了材料幫手?東京大學研發納米纖維增強彈性體導體
 1
 汞齊氧化法制備氧化鋁納米纖維
 1
 國產新型氣凝膠玻璃首次實現量產
 1
 國外石墨烯最新動態(9.26-10.7):納米纖維改善碳電極/熱處理可控石墨烯層間壓力制備天然“壓縮機”
 1
 哈工大研發新型陶瓷氣凝膠 將有望用于航天器隔熱
 1
 會害羞的材料:材料界的含羞草
 1
 交聯劑石墨烯提高氣凝膠力學性能
 1
 靜電紡絲技術制備氣凝膠,吸油量高達自重的286倍!
 1
 靜電紡絲制備鐵(Ⅱ)/聚丙烯腈復合納米纖維及其應用于吸附鉻(Ⅵ)
 1
 聚苯胺納米纖維超聲合成及其防腐蝕性能
 1
 絕緣又隔熱——超出你想象的新型氣凝膠
 1
 科學家用棉布肥料造出環保氣凝膠:成本更低、速度更快
 1