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、比強度高、能量吸收能力強的優(yōu)點，可應用于復合材料、環(huán)境、能源和生物等領域，密度小于10 mg/cm3的超輕材料的構建已成為世界各國的研究熱點。如金屬（Ni-P）、陶瓷（Al2O3）等的超晶格結構，但隨著密度的降低，這些材料的力學和電學性能呈指數級下降（n2）。同時，這些材料的結構穩(wěn)定性和可修復性變形明顯惡化?？茖W家夢寐以求的碳基細胞材料由碳納米管或石墨烯組成，具有優(yōu)異的機械和電氣性能。這要求結構單元（碳管或石墨烯板之間）是共價的。但很難實現(xiàn)。
最近，上海硅酸鹽研究所、賓夕法尼亞大學和中國科學院北京大學開展了合作研究。畢輝、陳義偉、黃福強等發(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構多孔多孔材料，具有較強的力學性能、低密度和高導電性能，遠優(yōu)于現(xiàn)有的碳材料，石墨烯宏觀結構的密度可以達到B。e低至1 mg cm-3（連續(xù)可調），比表面積可高達1000 m 2g-1，三維石墨烯首次由四個連接的石墨烯納米管共價鍵合，形成類金剛石的四配位三維穩(wěn)定結構。
三維石墨烯管強度高，壓縮模量高達100MPa，能承受自身重量的40000倍，無明顯變形（圖2）。它還具有超高彈性，壓縮變形95%以上。經過1000次循環(huán)后，幾乎可以完全恢復，這是所有細胞材料中最大的一種，石墨烯氣管材料具有優(yōu)良的導電性，導電率可達70μm-1。三維石墨烯管可作為優(yōu)良的彈性導體。其機電性能是目前報道的1-2個數量級的多孔石墨烯，可應用于新能源領域。此外，該材料具有超疏水性，對有機溶劑的超快速吸附，對有機溶劑的吸附量可達自身重量的600倍，可用于污水處理。如海上溢油。
相關工作由國家自然科學基金和上海省科委重點基金資助。研究結果發(fā)表在學術期刊《高級材料》（DOI:10.1002/ADMA）上。201502682）。
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