中科大研發(fā)碳納米組裝體仿生材料

日前從中科大獲悉，該校俞書宏教授課題組與吳恒安教授課題組合作，成功設(shè)計制備出超彈性、耐疲勞宏觀尺度的碳納米組裝體仿生材料。研究成果在線發(fā)表在《自然·通訊》上。這種新材料有望用于某些特種條件下力學傳感和探測等領(lǐng)域，例如地震波檢測、外星球探測車傳感部件等。

輕質(zhì)低密度和可壓縮型耐疲勞結(jié)構(gòu)材料具有極其重要的應用價值，可壓縮性、回彈性和抗疲勞性是決定這類材料性能和應用的主要因素。為提高這些性能指標，研究人員采取的主要策略包括設(shè)計特殊的多孔結(jié)構(gòu)，或采用柔性而強健的結(jié)構(gòu)成分。目前，盡管此類材料可以實現(xiàn)較大程度的可壓縮性，但在反復的大形變壓縮過程中，材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生永久性受損或斷裂。

受人類足弓等常見彈性拱結(jié)構(gòu)啟發(fā)，俞書宏課題組通過巧妙的設(shè)計，成功制備出一種連拱結(jié)構(gòu)的碳納米組裝體材料。該材料雖然由脆性易碎的無定型碳-石墨烯復合物構(gòu)筑而成，卻同時實現(xiàn)高水平的可壓縮性、超彈性及抗疲勞性：壓縮90%形變后可完全恢復原狀;具有如彈簧一樣的極快回彈速度(580毫米/秒)，遠超過國際已報道170毫米/秒的最高水平;每次壓縮循環(huán)中的能量損耗僅為其受壓過程總存儲能量的20%，明顯低于國際已報道30%至80%的常規(guī)水平;20%形變壓縮100萬次仍能維持結(jié)構(gòu)與性能穩(wěn)定，優(yōu)于國際已報道15%形變壓縮50萬次和6%形變壓縮100萬次的水平。