中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)制備出新型超彈性耐疲勞碳基仿生材料

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員在超彈性耐疲勞碳納米組裝體材料的仿生設(shè)計(jì)與制備方面取得進(jìn)展，成功設(shè)計(jì)、制備出了超彈性耐疲勞宏觀尺度碳納米組裝體仿生材料。

研究人員受人類足弓等常見宏觀彈性拱結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，首先設(shè)計(jì)了一種新型的雙向冷凍技術(shù)，將殼聚糖-氧化石墨烯（CS-GO）混合溶液取向冷凍并干燥，從而獲得具有層狀結(jié)構(gòu)的CS-GO宏觀組裝體；然后，再對(duì)其進(jìn)行高溫碳化處理，利用碳化過程中CS和GO收縮程度的不同，使原本較為平坦的薄層結(jié)構(gòu)皺縮成所需的層狀連拱結(jié)構(gòu)，最終成功制備出了一種具有微觀層狀連拱結(jié)構(gòu)的宏觀尺度碳納米組裝體材料。該材料雖然由脆性、易碎的無定型碳—石墨烯復(fù)合物構(gòu)筑而成，卻同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高水平的可壓縮性、超彈性及抗疲勞性。

研究人員通過構(gòu)建力學(xué)模型對(duì)該材料的性能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明，構(gòu)成該材料的微拱結(jié)構(gòu)單元和宏觀薄殼型拱結(jié)構(gòu)一致，可承受較大程度的可逆彈性變形，而其拱面本身可免受局部應(yīng)力過大所造成的破壞。因此，由取向一致的微拱單元相互堆垛構(gòu)成的材料整體具有如宏觀彈性拱結(jié)構(gòu)一樣優(yōu)越的機(jī)械性能。這類具有層狀微拱結(jié)構(gòu)的碳納米組裝體材料有望在特種條件下的力學(xué)傳感和探測(cè)等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。該項(xiàng)研究還表明，現(xiàn)有成熟的宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也具有指導(dǎo)意義。

(KX.1019)