中國研究人員研制出超彈性硬碳納米纖維氣凝膠
2019-08-22 09:30:08
作者：本網整理 來源：網絡
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受天然蜘蛛絲網靈活性和剛性的啟發，中國科學技術大學余淑紅教授領導的研究團隊開發了一種簡單通用的方法，用納米纖維制造超彈性和抗疲勞硬碳氣凝膠。通過使用間苯二酚 - 甲醛樹脂作為硬碳源的網絡結構。
近幾十年來，碳氣凝膠已經通過使用石墨碳和軟碳進行了廣泛的研究，其顯示出超彈性的優點。這些彈性氣凝膠通常具有精細的微觀結構，具有良好的抗疲勞性但是超低強度。由于sp3 C引起的亂層“卡片結構”結構，硬碳在機械強度和結構穩定性方面顯示出很大的優勢。然而，剛度和脆性明顯妨礙了用硬碳實現超彈性。到目前為止，制造超彈性硬碳基氣凝膠仍然是一個挑戰。
樹脂單體的聚合在納米纖維作為結構模板的存在下引發，以制備具有納米纖維網絡的水凝膠，然后干燥和熱解以獲得硬碳氣凝膠。在聚合期間，單體沉積在模板上并焊接纖維 - 纖維接頭，留下具有大量堅固接頭的隨機網絡結構。此外，可以通過簡單地調整模板和原料的量來控制物理性質（例如納米纖維的直徑，氣凝膠的密度和機械性質）。
由于納米纖維中的硬碳納米纖維和豐富的焊接接頭，硬碳氣凝膠顯示出強大而穩定的機械性能，包括超彈性，高強度，極快的恢復速度（860 mm s-1）和低能量損失系數（ <0.16）。在50％應變下進行104次循環測試后，碳氣凝膠僅顯示2％的塑性變形，并保持93％的原始應力。
硬碳氣凝膠可以在苛刻的條件下保持超彈性，例如在液氮中?；诹钊酥缘臋C械性能，這種硬碳氣凝膠在應用具有高穩定性和寬探測范圍（50 KPa）的應力傳感器以及可拉伸或可彎曲導體方面具有前景。該方法有望擴展到制造其他非碳基復合納米纖維，并且通過設計納米纖維微結構提供了將剛性材料轉變成彈性或柔性材料的有前途的方法。
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