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中國研究人員研制出超彈性硬碳納米纖維氣凝膠

2019-08-22 09:30:08 作者：本網(wǎng)整理來源：網(wǎng)絡(luò) 分享至：

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受天然蜘蛛絲網(wǎng)靈活性和剛性的啟發(fā)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)余淑紅教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種簡(jiǎn)單通用的方法，用納米纖維制造超彈性和抗疲勞硬碳?xì)饽z。通過使用間苯二酚 - 甲醛樹脂作為硬碳源的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

近幾十年來，碳?xì)饽z已經(jīng)通過使用石墨碳和軟碳進(jìn)行了廣泛的研究，其顯示出超彈性的優(yōu)點(diǎn)。這些彈性氣凝膠通常具有精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，具有良好的抗疲勞性但是超低強(qiáng)度。由于sp3 C引起的亂層“卡片結(jié)構(gòu)”結(jié)構(gòu)，硬碳在機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面顯示出很大的優(yōu)勢(shì)。然而，剛度和脆性明顯妨礙了用硬碳實(shí)現(xiàn)超彈性。到目前為止，制造超彈性硬碳基氣凝膠仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

樹脂單體的聚合在納米纖維作為結(jié)構(gòu)模板的存在下引發(fā)，以制備具有納米纖維網(wǎng)絡(luò)的水凝膠，然后干燥和熱解以獲得硬碳?xì)饽z。在聚合期間，單體沉積在模板上并焊接纖維 - 纖維接頭，留下具有大量堅(jiān)固接頭的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，可以通過簡(jiǎn)單地調(diào)整模板和原料的量來控制物理性質(zhì)（例如納米纖維的直徑，氣凝膠的密度和機(jī)械性質(zhì)）。

由于納米纖維中的硬碳納米纖維和豐富的焊接接頭，硬碳?xì)饽z顯示出強(qiáng)大而穩(wěn)定的機(jī)械性能，包括超彈性，高強(qiáng)度，極快的恢復(fù)速度（860 mm s-1）和低能量損失系數(shù)（ <0.16）。在50％應(yīng)變下進(jìn)行104次循環(huán)測(cè)試后，碳?xì)饽z僅顯示2％的塑性變形，并保持93％的原始應(yīng)力。

硬碳?xì)饽z可以在苛刻的條件下保持超彈性，例如在液氮中。基于令人著迷的機(jī)械性能，這種硬碳?xì)饽z在應(yīng)用具有高穩(wěn)定性和寬探測(cè)范圍（50 KPa）的應(yīng)力傳感器以及可拉伸或可彎曲導(dǎo)體方面具有前景。該方法有望擴(kuò)展到制造其他非碳基復(fù)合納米纖維，并且通過設(shè)計(jì)納米纖維微結(jié)構(gòu)提供了將剛性材料轉(zhuǎn)變成彈性或柔性材料的有前途的方法。

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