“鋼筋石墨烯”泡沫能支撐其自身重量3000倍的負(fù)載

石墨烯大部分以準(zhǔn)二維形式存在，具有強(qiáng)度大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能強(qiáng)等特點(diǎn)。麻省理工學(xué)院的科學(xué)家近日創(chuàng)造出了一種全新的3D石墨烯材料，其強(qiáng)度可達(dá)鋼的10倍，但密度卻僅為后者的1/20?，F(xiàn)在美國萊斯大學(xué)(Rice University)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)使用碳納米管來強(qiáng)化石墨烯泡沫。所得的3D材料可以被塑造成任何形狀，并且在回彈到其原始高度之前可以支撐其自身重量3000倍的負(fù)載。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程中一種安全可靠的結(jié)構(gòu)。萊斯大學(xué)的“鋼筋石墨烯”由幾個(gè)多環(huán)紋層的碳納米管打造而成。在此前的工作中，這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)創(chuàng)建了三維石墨烯泡沫，并且已經(jīng)使用納米管來強(qiáng)化常規(guī)的準(zhǔn)二維石墨烯。

這項(xiàng)研究的首席研究員James Tour表示：“我們研發(fā)了石墨烯泡沫，但是對(duì)于我們所設(shè)想的那種應(yīng)用來說，它還不夠堅(jiān)固，所以使用碳納米管來強(qiáng)化它是很自然的事情?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)將納米管與粉末狀鎳催化劑和糖混合以獲取碳。然后將該物質(zhì)的干燥顆粒在螺絲釘形狀的鋼模中壓制，通過化學(xué)氣相沉積法將糖中的碳轉(zhuǎn)化為石墨烯。除去殘留的少量鎳，最終的結(jié)果是純碳螺絲釘形狀的石墨烯泡沫。

當(dāng)將其放在在電子顯微鏡下觀察時(shí)，研究人員可以看到納米管的外層已經(jīng)開始“解壓”并與石墨烯結(jié)合，這允許材料能夠支撐超過其自身重量3000倍的負(fù)載，而不會(huì)受到永久損壞。即使重量超過其自身8500倍，也只有25%的結(jié)構(gòu)會(huì)永久地變形。相比之下，沒有納米管結(jié)構(gòu)支撐的石墨烯泡沫僅能支撐其自身重量約150倍的負(fù)載。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)-應(yīng)用材料與界面》(ACS Applied Materials&Interfaces)期刊上。