如果要評(píng)選2019年的十大熱門(mén)材料，石墨烯一定是候選人之一。不止石墨烯，特殊的碳材料一直都是材料學(xué)研究的熱門(mén)。同樣由碳元素構(gòu)成的材料卻可以表現(xiàn)出截然不同的特性，例如金剛石是絕緣體、石墨是半導(dǎo)體、熱解石墨是良導(dǎo)體，而2018年發(fā)現(xiàn)的魔角石墨烯可以成為超導(dǎo)體。碳材料無(wú)限的可能性讓眾多材料學(xué)研究者將它作為解決問(wèn)題的良方。

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)熱解化學(xué)控制法，研制出一種新的碳?xì)饽z材料，在具備超輕與超彈性兩種特點(diǎn)的同時(shí)還具有極端溫度耐受性，可在-100℃到500℃的范圍正常工作。

此前，該研究團(tuán)隊(duì)在今年5月就研制出具有超彈性的硬碳?xì)饽z。研究團(tuán)隊(duì)先利用一種特定的樹(shù)脂材料與多種1D納米纖維構(gòu)建出納米纖維氣凝膠結(jié)構(gòu)模板，然后通過(guò)高溫碳化得到具有超彈性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的硬碳?xì)饽z。這一研發(fā)思路同樣應(yīng)用于本次新材料研究中。

研究團(tuán)隊(duì)選擇具有優(yōu)異力學(xué)性能的細(xì)菌纖維素，利用無(wú)機(jī)鹽對(duì)其進(jìn)行熱解化學(xué)調(diào)控，使其碳化后成為新型碳納米纖維氣凝膠。這樣合成出來(lái)的碳?xì)饽z較為完整地繼承了細(xì)菌纖維素得結(jié)構(gòu)，在保留了細(xì)菌纖維素的超彈性和抗疲勞性能外還極大地?cái)U(kuò)展了新材料適用的溫度范圍，使其具有良好的熱穩(wěn)定性。

材料研發(fā)完成后還需要利用試驗(yàn)機(jī)與環(huán)境試驗(yàn)箱對(duì)材料試樣進(jìn)行評(píng)估與檢測(cè)。不同的測(cè)試項(xiàng)目需要不同的試驗(yàn)設(shè)備，彈性試驗(yàn)可通過(guò)彈性疲勞試驗(yàn)機(jī)，溫度耐受性可以通過(guò)高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行。只有通過(guò)試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)，新材料才可以算初步研制成果，后續(xù)還需要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)證，新石墨氣凝膠材料重量只有6毫克/立方厘米，可在200萬(wàn)次壓縮循環(huán)后繼續(xù)保持超彈性，并且可耐受-100℃的低溫到500℃的高溫。

新石墨氣凝膠材料性能優(yōu)異，還可以大規(guī)模合成，在能量阻尼、航空航天、機(jī)械緩沖等領(lǐng)域都有可以發(fā)揮巨大的作用。目前，國(guó)際上對(duì)具有超彈性與抗疲勞性的輕質(zhì)可壓縮材料的研究主要集中在碳納米管和石墨烯上，復(fù)雜的工藝使這一方向的研究成果現(xiàn)階段尺寸只能達(dá)到毫米級(jí)。新石墨氣凝膠材料的研制成功讓我國(guó)獲得了極大的優(yōu)勢(shì)。

材料是工業(yè)的基礎(chǔ)，高性能的材料對(duì)工業(yè)發(fā)展具有重要影響。很多前沿領(lǐng)域的研究都受限于材料的極限，特別是航空航天等高端產(chǎn)業(yè)。材料的突破將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)跨越式的發(fā)展。新材料的開(kāi)發(fā)并不是一件簡(jiǎn)單的事情，研究人員需要經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次試錯(cuò)才能找到正確的方向。每一種新材料研制成功的背后都是研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期的付出與積累。正是有這樣辛勤耕耘的科研人員，我國(guó)的科技才能不斷發(fā)展。