我國(guó)科學(xué)家研制出可耐“冰火考驗(yàn)”的超輕超彈材料

圖片來源：攝圖網(wǎng)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士研究團(tuán)隊(duì)和梁海偉教授課題組近期研制出一種“超輕盈”的新材料，能經(jīng)歷200萬次壓縮仍“超彈”不變形，可耐受零下100攝氏度到零上500攝氏度的“冰火考驗(yàn)”，在全球同類材料中性能領(lǐng)先，具有重要應(yīng)用前景。國(guó)際材料學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》日前發(fā)表了該成果。

既輕盈、堅(jiān)韌又具備“超彈性”，還要能耐受高溫和低溫，這是航空航天、軟體機(jī)器人、機(jī)械緩沖、能量阻尼等領(lǐng)域所需的理想材料。很多材料具備其中一種或幾種特性，但全部具備的極其稀少。

近年來，國(guó)際學(xué)界嘗試用碳納米管和石墨烯來研制輕盈的超彈性材料，但由于工藝復(fù)雜，還只能制備出毫米級(jí)尺寸的“小物件”，尺寸再增大樣品就會(huì)坍塌。另一方面，自然界中有些生物材料具備優(yōu)異的力學(xué)性能，但由于它們是純有機(jī)或有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，一般只能在很窄的溫度范圍內(nèi)工作。比如人體的肌腱，可以不斷地拉伸，是一種很好的抗疲勞材料，但它只能在人的體溫范圍內(nèi)正常運(yùn)行。還有木材既輕又韌，但不耐高溫，因?yàn)樗彩且环N有機(jī)物。

近期，中科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)和梁海偉教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種通過熱解化學(xué)控制，將結(jié)構(gòu)生物材料轉(zhuǎn)化為石墨碳納米纖維氣凝膠材料的新方法。

“簡(jiǎn)單來說，就是借鑒自然界中的一些天然材料的結(jié)構(gòu)，然后把其中的氫、氧元素都‘拿走’，只留下碳。”梁海偉教授說，通過這種方式，就能把生物材料轉(zhuǎn)化成石墨材料。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，新方法制備出的新型石墨氣凝膠材料具備優(yōu)異性能，重量輕至每立方厘米6毫克左右，經(jīng)歷200萬次壓縮循環(huán)后仍能保持超彈性而不變形，在零下100攝氏度到零上500攝氏度的溫度范圍內(nèi)均能保持超彈性和抗疲勞性能。

據(jù)介紹，由于這種新材料可“大尺寸”、大批量合成，并具有生物材料的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在航天太陽能電池、超級(jí)電容器、能量緩沖和壓力傳感裝置等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

新華社記者 徐海濤