中國儲能網(wǎng)訊：碳材料大家族又添新成員！近日消息，中美研究人員合作開發(fā)出了一種超強度輕質(zhì)碳材料，同時兼具彈性和導電性。具有這種獨特的性能組合的材料可以應用于航空航天工程到軍事裝甲的各種領域。“
這種碳材料兼?zhèn)淞耸徒饎偸淖罴烟匦?，具有?yōu)異的綜合性能，”研究負責人之一、燕山大學亞穩(wěn)材料制備技術與科學國家重點實驗室趙智勝教授說，“它具有許多潛在應用，如軍用裝甲和航空航天等領域?！痹撗芯砍晒l(fā)表在了近期的《Science Advances》雜志上。
碳材料家族
碳是看似具有無限可能的元素。這是因為其獨特的電子結構，可以有很多種成鍵方式，可以產(chǎn)生具有不同性質(zhì)的一系列材料。碳具有多種同素異形體，如石墨、金剛石（鉆石）、富勒烯、碳納米管、石墨烯、玻璃碳等，其中石墨在壓力下可以轉變成超硬的金剛石。
通過混合sp2 / sp3的通道觀察壓縮玻璃碳中的互穿石墨烯網(wǎng)絡。 石墨烯片（藍色球體）在菱形節(jié)點（紅色球體）處交聯(lián)。
在新研究中，趙智勝和另一位通訊作者、燕山大學田永君教授等人以玻璃碳為原料，利用高壓但比較溫和的溫度條件合成了新型碳同素異形體。它由玻璃碳壓縮獲得并保留了玻璃碳的一些特征，研究人員將其命名為“壓縮玻璃碳”。
趙智勝說，以前曾有人研究玻璃碳在室溫或高溫下的高壓轉變，但制成的碳材料在卸壓后又變回了玻璃碳；而在高壓高溫條件下，玻璃碳就直接轉變成了金剛石。最新研究則在中等溫度下對玻璃碳加高壓，這樣既能使玻璃碳發(fā)生相變形成新型碳材料，溫度又不足以使它變成金剛石。
據(jù)介紹，壓縮玻璃碳有以下特性：它是與石墨類似的輕質(zhì)材料，單軸壓縮強度是通常金屬及合金材料的5倍以上，也遠大于一般陶瓷材料；比強度（即強度－重量比）極高，是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度極高，可輕松刻劃高硬度的碳化硅單晶片；具有很高的彈性恢復性，明顯高于普通金屬和陶瓷，甚至高于高彈性的形狀記憶合金及有機橡膠等；此外還具有導電性。
趙智勝說，他們接下來將進一步研發(fā)合成方法，最終目標是研制出超高強度、超高硬度兼具超高彈性的材料。
論文信息：
"Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network,"
Science Advances (2017). advances.sciencemag.org/content/3/6/e1603213
