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超轻又超弹 新材料不惧冰火两重天

2020年01月03日 08:53:17来源:仪器网作者:宋池点击:2951


  【化工仪器网 行业动态】如果要评选2019年的十大热门材料,石墨烯一定是候选人之一。不止石墨烯,特殊的碳材料一直都是材料学研究的热门。同样由碳元素构成的材料却可以表现出截然不同的特性,例如金刚石是绝缘体、石墨是半导体、热解石墨是良导体,而2018年发现的魔角石墨烯可以成为超导体。碳材料无限的可能性让众多材料学研究者将它作为解决问题的良方。
 
  近日,中国科学技术大学的研究团队通过热解化学控制法,研制出一种新的碳气凝胶材料,在具备超轻与超弹性两种特点的同时还具有极端温度耐受性,可在-100℃到500℃的范围正常工作。
 
  此前,该研究团队在今年5月就研制出具有超弹性的硬碳气凝胶。研究团队先利用一种特定的树脂材料与多种1D纳米纤维构建出纳米纤维气凝胶结构模板,然后通过高温碳化得到具有超弹性和结构稳定性的硬碳气凝胶。这一研发思路同样应用于本次新材料研究中。
 
  研究团队选择具有优异力学性能的细菌纤维素,利用无机盐对其进行热解化学调控,使其碳化后成为新型碳纳米纤维气凝胶。这样合成出来的碳气凝胶较为完整地继承了细菌纤维素得结构,在保留了细菌纤维素的超弹性和抗疲劳性能外还极大地扩展了新材料适用的温度范围,使其具有良好的热稳定性。
 
  材料研发完成后还需要利用试验机与环境试验箱对材料试样进行评估与检测。不同的测试项目需要不同的试验设备,弹性试验可通过弹性疲劳试验机,温度耐受性可以通过高低温试验箱进行。只有通过试验设备的检测,新材料才可以算初步研制成果,后续还需要长时间的实际应用。经验证,新石墨气凝胶材料重量只有6毫克/立方厘米,可在200万次压缩循环后继续保持超弹性,并且可耐受-100℃的低温到500℃的高温。
 
  新石墨气凝胶材料性能优异,还可以大规模合成,在能量阻尼、航空航天、机械缓冲等领域都有可以发挥巨大的作用。目前,国际上对具有超弹性与抗疲劳性的轻质可压缩材料的研究主要集中在碳纳米管和石墨烯上,复杂的工艺使这一方向的研究成果现阶段尺寸只能达到毫米级。新石墨气凝胶材料的研制成功让我国获得了极大的优势。
 
  材料是工业的基础,高性能的材料对工业发展具有重要影响。很多前沿领域的研究都受限于材料的极限,特别是航空航天等高端产业。材料的突破将带动产业出现跨越式的发展。新材料的开发并不是一件简单的事情,研究人员需要经过无数次试错才能找到正确的方向。每一种新材料研制成功的背后都是研究团队长期的付出与积累。正是有这样辛勤耕耘的科研人员,我国的科技才能不断发展。
 
  资料来源:新华网
 
  编辑点评:恩格斯说:“自然界为劳动提供材料,劳动把材料变为财富。”可以说,材料与人类的生存和进化息息相关,可谓是为“人类文明大厦的基石”。而随着各方的研发与努力,新材料的性能得到提升,不仅有助于产品质量稳步上升,也有效促使产品品种更新换代。
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