中國科學技術大學制備出新型超彈性耐疲勞碳基仿生材料

中國科學技術大學制備出新型超彈性耐疲勞碳基仿生材料

中國科學技術大學的研究人員在超彈性耐疲勞碳納米組裝體材料的仿生設計與制備方面取得進展，成功設計、制備出了超彈性耐疲勞宏觀尺度碳納米組裝體仿生材料。

研究人員受人類足弓等常見宏觀彈性拱結構的啟發，首先設計了一種新型的雙向冷凍技術，將殼聚糖-氧化石墨烯（CS-GO）混合溶液取向冷凍并干燥，從而獲得具有層狀結構的CS-GO宏觀組裝體；然后，再對其進行高溫碳化處理，利用碳化過程中CS和GO收縮程度的不同，使原本較為平坦的薄層結構皺縮成所需的層狀連拱結構，最終成功制備出了一種具有微觀層狀連拱結構的宏觀尺度碳納米組裝體材料。該材料雖然由脆性、易碎的無定型碳—石墨烯復合物構筑而成，卻同時實現了高水平的可壓縮性、超彈性及抗疲勞性。

研究人員通過構建力學模型對該材料的性能進行了系統的分析。結果表明，構成該材料的微拱結構單元和宏觀薄殼型拱結構一致，可承受較大程度的可逆彈性變形，而其拱面本身可免受局部應力過大所造成的破壞。因此，由取向一致的微拱單元相互堆垛構成的材料整體具有如宏觀彈性拱結構一樣優越的機械性能。這類具有層狀微拱結構的碳納米組裝體材料有望在特種條件下的力學傳感和探測等領域獲得應用。該項研究還表明，現有成熟的宏觀結構設計對于材料的微觀結構設計也具有指導意義。

(KX.1019)