由中國(guó)北京航空航天大學(xué)和德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組開(kāi)發(fā)出了高強(qiáng)度，超韌性碳片，可在低溫下廉價(jià)制造。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)拼接石墨碳片制成片材，這類(lèi)似于普通鉛筆軟鉛中的石墨。制造過(guò)程產(chǎn)生的材料的機(jī)械性能超過(guò)目前用于各種商業(yè)產(chǎn)品的碳纖維復(fù)合材料的機(jī)械性能。

“這些板材最終可能取代昂貴的碳纖維復(fù)合材料，用于從飛機(jī)和汽車(chē)車(chē)身到風(fēng)車(chē)葉片和運(yùn)動(dòng)設(shè)備的所有產(chǎn)品，”瑞士達(dá)拉斯的Robert A. Welch化學(xué)杰出教授兼主任Ray Baughman博士說(shuō)。 Alan G. MacDiarmid NanoTech研究所。Baughman是一篇文章的相應(yīng)作者，該文章描述了本周在“ 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊 ”網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表的材料。

今天的碳纖維復(fù)合材料價(jià)格昂貴，部分原因是碳纖維是在極高溫度下生產(chǎn)的，溫度可超過(guò)2500攝氏度(約4,500華氏度)。

“相比之下，我們的工藝可以使用廉價(jià)從地面挖出并在低于45攝氏度(113華氏度)的溫度下加工的石墨，”北京航空航天大學(xué)化學(xué)教授，相應(yīng)作者陳群峰博士說(shuō)。“這些板材在所有面內(nèi)方向上的強(qiáng)度與合股碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度相匹配，它們?cè)谑е翱梢员忍祭w維復(fù)合材料吸收更高的機(jī)械能。”

石墨由堆疊的石墨烯層組成的薄片組成。石墨烯只是一層碳原子，排列成一個(gè)看起來(lái)像雞絲網(wǎng)圍欄的圖案，網(wǎng)格中的每個(gè)六邊形由六個(gè)碳原子組成。

“雖然科學(xué)家們可以通過(guò)高溫處理連續(xù)制作大片石墨烯，并且已經(jīng)證明這些片材具有非凡的強(qiáng)度，但僅通過(guò)堆疊大面積的石墨烯片制作厚石墨板是不切實(shí)際的，”Cheng說(shuō)。“人們需要堆疊大約150,000個(gè)石墨烯片才能制成出具有大約人類(lèi)頭發(fā)厚度的石墨片。”

研究人員在天然珍珠母(也被稱(chēng)為珍珠母)中發(fā)現(xiàn)了靈感，它為一些貝殼提供了強(qiáng)度和韌性。珍珠層由平行的薄片組成，薄片由有機(jī)材料的薄層粘合在一起，類(lèi)似于墻壁中的磚通過(guò)砂漿固定在一起的方式。

“我們不是機(jī)械堆疊大面積石墨烯片，而是氧化微米級(jí)石墨片，使它們可以分散在水中，然后過(guò)濾這種分散體，以便廉價(jià)地制備取向氧化石墨片，”Baughman說(shuō)。“這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于通過(guò)過(guò)濾纖維漿料來(lái)手工制作紙張。

“在這個(gè)階段，床單既不強(qiáng)壯也不堅(jiān)韌，這意味著它們?cè)谄屏亚安荒芪仗嗄芰浚?rdquo;他說(shuō)。“我們使用的技巧是使用順序滲透的橋接劑將這些片材中的血小板拼接在一起，這些橋接劑將相互重疊的相鄰血小板互連，并將氧化的氧化石墨烯轉(zhuǎn)化為石墨烯。這一進(jìn)步的關(guān)鍵是我們的橋接劑分別通過(guò)形成共價(jià)來(lái)起作用化學(xué)債券和范德華債券。“

北京大學(xué)博士生Sijie Wan是該期刊文章的主要作者，他說(shuō)，加入過(guò)橋劑的床單比無(wú)劑床單強(qiáng)4.5倍，比無(wú)劑更厚7.9倍。“與碳纖維復(fù)合材料不同，不需要聚合物基質(zhì)，”他說(shuō)。

“雖然昂貴的碳纖維復(fù)合材料板可以在所有板面方向上提供相似的強(qiáng)度，但它們?cè)跀嗔亚澳軌蛭盏哪芰考s為我們順序橋接的石墨烯板的三分之一，”Wan說(shuō)。“因?yàn)槲覀兊陌宀氖窃诘蜏叵轮圃斓?，所以它們成本低。除了具有高板材?qiáng)度，韌性和抗疲勞性之外，它們還具有高導(dǎo)電性并且能夠屏蔽電磁輻射。這些性能使這些順序橋接的石墨烯板對(duì)未來(lái)可能的應(yīng)用非常有吸引力。“