新型超強韌石墨烯材料有望替代碳纖維

中美科學家組成的國際團隊開發出一種超強韌、高導電的石墨烯複合薄膜，可在室溫條件下以較低成本製備，有望替代目前廣泛使用的碳纖維材料。

發表在最新一期美國《國家科學院學報》上的研究顯示，北京航空航天大學程群峰教授課題組和美國得克薩斯大學達拉斯分校雷·鮑曼團隊受到天然珍珠母力學結構的啟發，製備出微觀結構類似於珍珠母的有序層狀石墨烯結構。

程群峰對新華社記者說，此前將石墨烯單片機械堆疊成較厚的宏觀材料耗時費力。例如製備人頭髮厚度的石墨烯薄膜，需要堆疊１５萬層單片石墨烯，且片層間界面作用較弱，力學性能較差。

珍珠母具有高強度、高韌性的力學性能，主要得益於內部規整的層狀結構和離子鍵、共價鍵、氫鍵等豐富的界面作用。研究人員採用化學製備法而非機械堆疊製備出這種材料。他們借鑒了珍珠母的層狀連接方式，通過在氧化石墨烯層間引入共價鍵、共軛鍵等不同鍵連的交聯分子，將石墨烯納米片牢固地「縫合」在一起，製造出強韌一體化的高導電石墨烯薄膜。

程群峰說，這種薄膜材料的拉伸斷裂強度是普通石墨烯薄膜的４．５倍，韌性是後者的７．９倍。

研究人員介紹，傳統碳纖維材料的製備條件需超過２５００攝氏度，但新材料可在４５攝氏度以下的室溫進行製備，強度與碳纖維複合材料相當，成本更加低廉，易實現商業規模化製備。

程群峰說，這種廉價、低溫的高性能多功能石墨烯納米複合材料在航空航天、汽車、柔性電子器件等領域具有廣泛應用前景。

論文通訊作者鮑曼說，薄膜有望最終取代飛機、汽車等設備使用的碳纖維複合材料。

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