中美高校发现三维石墨烯管材料性能优异

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中美高校发现三维石墨烯管材料性能优异

本文摘要：兼备高比刚性、高比强度、强劲能量吸取等优点的CellularMaterials（多孔材料），可应用于复合材料、环境、能源和生物等领域。建构密度高于10mg/cm3超轻材料为目前国际研究热点，例如金属（Ni-P）、陶瓷（Al2O3）基等超强晶格结构。然而，随着密度的减少，这些材料的力学、电学性能呈圆形指数（n2）减少，同时材料结构的稳定性以及可恢复应力明显变差。科学家梦寐以求的碳基的cellularmaterials，由碳纳米管或石墨烯构成，兼备出色的力学和电学性能。

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兼备高比刚性、高比强度、强劲能量吸取等优点的CellularMaterials（多孔材料），可应用于复合材料、环境、能源和生物等领域。建构密度高于10mg/cm3超轻材料为目前国际研究热点，例如金属（Ni-P）、陶瓷（Al2O3）基等超强晶格结构。然而，随着密度的减少，这些材料的力学、电学性能呈圆形指数（n2）减少，同时材料结构的稳定性以及可恢复应力明显变差。科学家梦寐以求的碳基的cellularmaterials，由碳纳米管或石墨烯构成，兼备出色的力学和电学性能。

这拒绝结构单元（碳管或石墨烯片之间）由共价键相连，但是难以实现。　　最近，中国科学院上海硅酸盐研究所、宾夕法尼亚大学和北京大学合作研究，毕辉、陈一苇和黄强国等找到了一种三维石墨烯管的超级材料（图1），归属于一种新型的具备分级多孔结构的cellularmaterial，兼备近高于有数碳材料的强劲力学、低密度、低导电等特性。

该石墨烯宏观体的密度可低约1mgcm-3（倒数固定式），比表面积可高约1000m2g-1。该三维石墨烯首次由四相连的石墨烯纳米管通过碳碳共价键键合，构成类似于金刚石的四配位三维巩固结构。　　该三维石墨烯管具备高强度，传输模量平均100MPa，可以承托自身重量的40，000倍，没再次发生显著应力（图2），同时还具备超高弹性，传输应力95%以上，循环1000次后完全可完全恢复，为所有cellularmaterials之最。

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石墨烯空管材料享有出色的电导率，电导率平均70Scm-1，三维石墨烯管可作为性能出色的弹性导体，其力学和电学性能是目前报导的多孔石墨烯的1-2个数量级低，可以应用于新能源领域。此外，该材料具备超强亲水性特性，导电有机溶剂超快，导电有机溶剂约自身重量的600倍以上，可用作污水处理，如海上漏油等。　　涉及工作获得了国家自然科学基金、上海市科委重点基金项目的资助，涉及结果于学术杂志《先进设备材料》（AdvancedMaterials，DOI：10.1002/adma.201502682）上公开发表。

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