力學(xué)所等在超高比強(qiáng)度及高熱導(dǎo)三維碳蜂窩結(jié)構(gòu)研究中獲進(jìn)展

　　碳結(jié)構(gòu)如富勒烯、納米碳管、石墨烯等具有許多優(yōu)異的性能。力學(xué)上，科研人員一直希望能充分利用其穩(wěn)定、低密度、超高強(qiáng)度的特性。然而，當(dāng)用這類碳結(jié)構(gòu)來構(gòu)筑宏觀三維材料的骨架或增強(qiáng)組分時(shí)，維持這類基本單位結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度的共價(jià)鍵無法得到保留：結(jié)構(gòu)之間，或結(jié)構(gòu)與基體之間的結(jié)合通常被較弱的相互作用取代，如范德華爾斯作用，這樣一來，實(shí)際得到的宏觀三維材料的強(qiáng)度比其碳構(gòu)筑單元的強(qiáng)度低2~3數(shù)量級(jí)。

　　來自中國科學(xué)院力學(xué)研究所、美國科羅拉多大學(xué)、麻省理工學(xué)院的科研人員發(fā)現(xiàn)：通過石墨烯構(gòu)筑的三維蜂窩結(jié)構(gòu)，當(dāng)蜂窩墻為sp2 鍵，蜂窩墻交界處形成特種結(jié)構(gòu)的sp3 鍵時(shí)，這類純共價(jià)鍵組成的三維蜂窩結(jié)構(gòu)在力學(xué)上是穩(wěn)定的，而且具備超高比強(qiáng)度及高熱導(dǎo)。

　　下圖a顯示了這類典型的三維碳蜂窩結(jié)構(gòu)；圖b解析了蜂窩交界處的典型穩(wěn)定原子結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)5環(huán)及一個(gè)8環(huán)沿界面周期排布的陣列組成；圖c通過和目前最前沿研究報(bào)道的材料比強(qiáng)度的對(duì)比，碳蜂窩結(jié)構(gòu)沿其zigzag方向（綠色符號(hào)）、扶手椅方向（紅色）及蜂窩的軸向都具有極高的比強(qiáng)度，顯示這類材料在輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的潛力。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)也有很好的導(dǎo)熱性能。研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

　　該研究獲得了國家自然科學(xué)基金委的支持(魏宇杰，基金號(hào)11425211)。

　　三維穩(wěn)定碳蜂窩結(jié)構(gòu)及其與最前沿報(bào)道結(jié)構(gòu)比強(qiáng)度對(duì)比