“鋼筋石墨烯”泡沫能支撐其自身重量3000倍的負載

“鋼筋石墨烯”泡沫能支撐其自身重量3000倍的負載

石墨烯大部分以準二維形式存在，具有強度大、導電導熱性能強等特點。麻省理工學院的科學家近日創造出了一種全新的3D石墨烯材料，其強度可達鋼的10倍，但密度卻僅為后者的1/20。現在美國萊斯大學(Rice University)的一個研究團隊使用碳納米管來強化石墨烯泡沫。所得的3D材料可以被塑造成任何形狀，并且在回彈到其原始高度之前可以支撐其自身重量3000倍的負載。

鋼筋混凝土結構是土木工程中一種安全可靠的結構。萊斯大學的“鋼筋石墨烯”由幾個多環紋層的碳納米管打造而成。在此前的工作中，這個研究團隊已經創建了三維石墨烯泡沫，并且已經使用納米管來強化常規的準二維石墨烯。

這項研究的首席研究員James Tour表示：“我們研發了石墨烯泡沫，但是對于我們所設想的那種應用來說，它還不夠堅固，所以使用碳納米管來強化它是很自然的事情。”

研究團隊將納米管與粉末狀鎳催化劑和糖混合以獲取碳。然后將該物質的干燥顆粒在螺絲釘形狀的鋼模中壓制，通過化學氣相沉積法將糖中的碳轉化為石墨烯。除去殘留的少量鎳，最終的結果是純碳螺絲釘形狀的石墨烯泡沫。

當將其放在在電子顯微鏡下觀察時，研究人員可以看到納米管的外層已經開始“解壓”并與石墨烯結合，這允許材料能夠支撐超過其自身重量3000倍的負載，而不會受到永久損壞。即使重量超過其自身8500倍，也只有25%的結構會永久地變形。相比之下，沒有納米管結構支撐的石墨烯泡沫僅能支撐其自身重量約150倍的負載。

這項研究發表在《美國化學會-應用材料與界面》(ACS Applied Materials&Interfaces)期刊上。