可實現多種應用的新型橡膠炭氣凝膠

如圖所示是一種超輕型伸縮碳氣凝膠，可以漂浮在一朵花上。來源：自然通訊Nature Communications。

研究人員設計了一種新型的碳氣凝膠，它可以可逆地拉伸到原來長度的三倍以上，顯示出與橡膠帶類似的彈性。通過在氣凝膠原有存在的性質（已包括一個超低密度、重量輕、高孔隙度、高導電率）之上添加可逆伸縮性，結果可能會實現一系列的碳氣凝膠的新應用。

這項研究的研究人員是來自浙江大學的Chao Gao 、Zhen Xu等，他們已經在最近一期的《自然通訊》雜誌上就高度可伸縮的碳氣凝膠研究結果發表了一篇論文。

「我們發現純無機材料也具有橡膠彈性的可能性，」浙江大學的 Fan Guo說，「橡膠碳氣凝膠開闢了一種新的材料種類，結合了超輕，溫度不變的高彈性，和強大的機械性能等特性。」

由於可伸縮電子產品日益增長的需求，研究者最近調查的方法來提高碳氣凝膠的彈性，通常不太有彈性的。

在這項新的工作中，科學家們設計了由兩種石墨烯（一種二維材料）和多壁碳納米管（碳納米管，一維材料）組成的碳氣凝膠，組裝成從納米級到厘米級的四級層次結構。為了將這種材料製成氣凝膠，研究人員發明了一種由氧化石墨烯和納米管組成的油墨，然後通過噴墨列印形成氣凝膠。

在試驗中，研究人員證明這種新型氣凝膠的拉伸強度是先前氣凝膠的5倍。他們發現，石墨烯與碳納米管之間的強原子結合產生協同效應，從而導致拉伸彈性和拉伸穩定性更大。此外，新的氣凝膠可以承受極端的溫度，不同於以往的嘗試，那些做成的伸縮氣凝膠當暴露於熱或冷的環境下時會變得具有粘性或脆性。

為了證實其中的可能的應用，研究人員把三的新的可伸縮的氣凝膠製作成蛇形機器人的關節。氣凝膠作為感測器來監測機器人的運動和結構。不同於傳統的感測器只能檢測單向變形，氣凝膠感測器可以區分多種配置，這意味著新一代感測器的可能性與複雜形狀變化的邏輯識別能力。

可拉伸的氣凝膠的其他潛在應用包括可穿戴式電子設備，航空航天，能源發電和存儲，以及以它們為輕機械設備，尤其是在極端的溫度條件。

Guo說：「這種有彈性的碳氣凝膠打開了許多可能性。首先，碳橡膠的強度和楊氏模量[拉伸彈性]是低於聚合物彈性體的。一般來說，聚合物橡膠的楊氏模量比我們的碳橡膠高1-2個數量級。」

「第二，我們正在努力使碳氣凝膠更機械的堅固，以承受極端和複雜的變形，如高伸長率和扭轉。同時，利用這種層次化的協同組裝方法，可以探索出更多的新型碳橡膠的應用領域，實現其他類型的無機橡膠。」

來源：https://phys.org/news/2018-03-rubbery-carbon-aerogels-greatly-applications.html

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