近日，湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院涂川俊課題組基于傳統(tǒng)碳石墨材料，以“ Superior mechanical properties of sulfonated graphene reinforced carbon-graphite composites ”為題，在國際工程技術(shù)頂級(jí)期刊《 CARBON 》（ IF=7.082 ）上發(fā)表最新研究成果。該文第一作者和通訊作者為涂川俊老師。

碳石墨材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐蝕、抗熱震、導(dǎo)電導(dǎo)熱性及自潤滑性能優(yōu)異，被認(rèn)為是航天航空、交通運(yùn)輸和能源化工等領(lǐng)域的戰(zhàn)略材料。但碳石墨材料因先天結(jié)構(gòu)缺陷，如不可避免的有害裂紋等，導(dǎo)致其在成型、熱處理過程中極易產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而劣化材料的服役性能。既有研究多集中于 “ 先天不足后天補(bǔ) ” 式的多次浸漬 多次熱處理研究，而對如何調(diào)控碳石墨材料的首次結(jié)構(gòu)，如何同步提升復(fù)合材料的韌性和強(qiáng)度的研究鮮有突破。基于此，涂川俊課題組借助磺化石墨烯（ SG ，表面富含磺酸基團(tuán)），對由超細(xì)焦碳粉和改性煤瀝青組成的復(fù)合體系進(jìn)行微結(jié)構(gòu)調(diào)控，促進(jìn)復(fù)合材料中骨料相的 “ 骨架 ” 結(jié)構(gòu)構(gòu)筑。研究發(fā)現(xiàn)， SG 在骨料相焦碳粉和粘結(jié)劑相煤瀝青間起“橋梁”作用，增強(qiáng)了煤瀝青對焦粉的吸附力，進(jìn)而在焙燒過程中促進(jìn)了焦碳顆粒的融合長大，提高了碳石墨材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性，減少有害裂紋的萌生與擴(kuò)展，使傳統(tǒng)碳石墨復(fù)合材料首次結(jié)構(gòu)整體性和力學(xué)性能得到明顯提高。這一材料體系的選擇和微結(jié)構(gòu)調(diào)控為制備高性能碳石墨材料提供了一個(gè)嶄新思路。

近日，湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院涂川俊課題組基于傳統(tǒng)碳石墨材料，以“ Superior mechanical properties of sulfonated graphene reinforced carbon-graphite composites ”為題，在國際工程技術(shù)頂級(jí)期刊《 CARBON 》（ IF=7.082 ）上發(fā)表最新研究成果。該文第一作者和通訊作者為涂川俊老師。

碳石墨材料因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐蝕、抗熱震、導(dǎo)電導(dǎo)熱性及自潤滑性能優(yōu)異，被認(rèn)為是航天航空、交通運(yùn)輸和能源化工等領(lǐng)域的戰(zhàn)略材料。但碳石墨材料因先天結(jié)構(gòu)缺陷，如不可避免的有害裂紋等，導(dǎo)致其在成型、熱處理過程中極易產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而劣化材料的服役性能。既有研究多集中于 “ 先天不足后天補(bǔ) ” 式的多次浸漬 多次熱處理研究，而對如何調(diào)控碳石墨材料的首次結(jié)構(gòu)，如何同步提升復(fù)合材料的韌性和強(qiáng)度的研究鮮有突破。基于此，涂川俊課題組借助磺化石墨烯（ SG ，表面富含磺酸基團(tuán)），對由超細(xì)焦碳粉和改性煤瀝青組成的復(fù)合體系進(jìn)行微結(jié)構(gòu)調(diào)控，促進(jìn)復(fù)合材料中骨料相的 “ 骨架 ” 結(jié)構(gòu)構(gòu)筑。研究發(fā)現(xiàn)， SG 在骨料相焦碳粉和粘結(jié)劑相煤瀝青間起“橋梁”作用，增強(qiáng)了煤瀝青對焦粉的吸附力，進(jìn)而在焙燒過程中促進(jìn)了焦碳顆粒的融合長大，提高了碳石墨材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體性，減少有害裂紋的萌生與擴(kuò)展，使傳統(tǒng)碳石墨復(fù)合材料首次結(jié)構(gòu)整體性和力學(xué)性能得到明顯提高。這一材料體系的選擇和微結(jié)構(gòu)調(diào)控為制備高性能碳石墨材料提供了一個(gè)嶄新思路。

(a) 壓縮應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線圖 , (b) 彎曲應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線圖和 (c) 摩擦系數(shù)圖

(a) 納米壓痕載荷 - 位移曲線圖 , (b) 維氏硬度及彈性模量圖

摘要附圖

上述研究還得到了蘇州高通新材料科技有限公司、“先進(jìn)炭材料及應(yīng)用技術(shù)”湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等單位的支持幫助，同時(shí)得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ 51772081 、 51837009 ）等基金的資助。

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