“钢筋石墨烯”泡沫能支撑其自身重量3000倍的负载

2017年02月14日 13:14 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

石墨烯大部分以准二维形式存在,具有强度大、导电导热性能强等特点。 麻省理工学院的科学家近日创造出了一种全新的3D石墨烯材料,其强度可达钢的10倍,但密度却仅为后者的1/20。现在美国莱斯大学(Rice University )的一个研究团队使用碳纳米管来强化石墨烯泡沫。所得的3D材料可以被塑造成任何形状,并且在回弹到其原始高度之前可以支撑其自身重量3000倍的负载。

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钢筋混凝土结构是土木工程中一种安全可靠的结构。莱斯大学的“钢筋石墨烯”由几个多环纹层的碳纳米管打造而成。 在此前的工作中,这个研究团队已经创建了三维石墨烯泡沫,并且已经使用纳米管来强化常规的准二维石墨烯。

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这项研究的首席研究员James Tour表示:“我们研发了石墨烯泡沫,但是对于我们所设想的那种应用来说,它还不够坚固,所以使用碳纳米管来强化它是很自然的事情。”

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研究团队将纳米管与粉末状镍催化剂和糖混合以获取碳。然后将该物质的干燥颗粒在螺丝钉形状的钢模中压制,通过化学气相沉积法将糖中的碳转化为石墨烯。除去残留的少量镍,最终的结果是纯碳螺丝钉形状的石墨烯泡沫。

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当将其放在在电子显微镜下观察时,研究人员可以看到纳米管的外层已经开始“解压”并与石墨烯结合,这允许材料能够支撑超过其自身重量3000倍的负载,而不会受到永久损坏。即使重量超过其自身8500倍,也只有25%的结构会永久地变形。相比之下,没有纳米管结构支撑的石墨烯泡沫仅能支撑其自身重量约150倍的负载。

这项研究发表在《美国化学会-应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)期刊上。

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