模仿蜘蛛網 中國研發出壓扁10萬次不變形的超彈硬碳材料

【熊貓時報訊】「壓扁10萬次不變形」、「每秒彈速達0.86米」,且製作簡單成本低廉,中國科學技術大學今日發表新材料「硬碳氣凝膠」,同時發表在國際材料學領域學術期刊《先進材料》。

科技日報報導,氣凝膠因其半透明的色彩和超輕重量,也被稱為「固態煙」或「凍住的煙」。貌似弱不禁風,其實非常堅固耐用。

它可以承受相當於自身質量幾千倍的壓力,在溫度達到1200攝氏度時才會熔化。此外,它的導熱性和折射率也很低,絕緣能力比最好的玻璃纖維還要強39倍。由於具備這些特性,氣凝膠便成為航天探測中不可替代的材料,俄羅斯和平號空間站和美國火星探路者探測器都用它來進行熱絕緣。

新華社報導,中科大找到的氣凝膠新材料,跟鉛筆芯的主要成分石墨一樣,也是碳材料,只不過,根據碳原子排列方式的不同,相比石墨碳和軟碳的彈性高、易變形,但強度低;硬碳的結構穩定,但性脆易碎。

為了突破要硬碳既能保持硬度,又能變得更有彈性,中科大教授俞書宏的研究團隊,借鏡蜘蛛網的啟發,找出蜘蛛網啟發,構築納米纖維網路結構,研發出具有奈米纖維網路結構的新型硬碳材料,具有超彈性、抗疲勞以及穩定性好等優點。

俞書宏指出,新型硬碳材料的內部結構是線與線之間交叉焊接,整體類似於一個毛線團,而這種結構設計賦予了材料新的性能。

研究還探索了這種硬碳氣凝膠在彈性導體方面的應用,實現發現,在50%的應變下多次壓縮循環後,電阻幾乎不變,展示出穩定的機械-電學性能,同時可以在苛刻的條件下(例如在液氮中)保持超彈性及電阻穩定性。

正是基於優異的機械性能,這種硬硬碳氣凝膠有望應用於具有高穩定性、大量程、可拉伸或可彎曲的應力傳感器。此外,這種方法可擴展到製備其他非碳基復合納米纖維氣凝膠,為今後提供利用奈米纖維的微觀結構,將剛性材料轉變成彈性或柔性材料的新途徑。

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