【成果簡介】

    近日，蘭州大學土木工程與力學學院在三維石墨烯超材料研究方面取得重要進展，先后在國際材料工程領域頂級刊物Advanced Materials 發表論文2篇，在美國化學學會旗下材料科學Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces 發表論文一篇。三篇文論題目分別為：“Flyweight, Superelastic, Electrically Conductive and Flaming Retardant 3D Multi-NanolayerGraphene/Ceramic Metamaterial”、“Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio”和“Flyweight 3D graphene scaffolds with micro-interface barrier derived tunable thermal insulation and flame retardancy”。該校張強強副教授為論文第一作者（其中一篇為共同一作），蘭州大學作為其中兩篇通訊單位。

    【圖文導讀】

    圖1 密度為10 mg/cm3的GSs的微觀結構表征

    （a）GSs的光學照片。

    （b）rGSs的SEM橫斷面形貌。

    （c）圖（b）中蜂窩結構的放大圖。

    （d）石墨烯片間π-π作用形成的蜂窩狀單元，其孔的尺寸約為35 μm。

    （e）縱向微觀圖。

    （f）微觀結構圖，壁之間間距為30±5 μm。

    圖2 氧化的GSs的阻燃及熱絕緣應用

    （a）燃燒前后的機械性能。

    （b）燃燒及施壓處理過程。

    （c）燃燒過程的拉曼表征。

    （d）溫度記錄儀記錄在熱盤上的氧化的GSs和rGSs的溫度分布。

    【研究內容】

    石墨烯（Graphene）獨特的晶體結構賦予了其優異的力、電、光、熱等性能，吸引全球科學家的研究興趣。“如何在大尺度制備石墨烯的宏觀構筑體”是目前材料、物理、力學等學科重要的熱點領域之一，對于推動石墨烯微納尺度優異特性在宏觀大尺度利用和多功能化發展具有重要的意義。蘭州大學青年教師張強強副教授與哈爾濱工業大學李惠教授、普渡大學Tim Fisher 和Gary Cheng教授等人開展合作，并依托西部災害與環境力學教育部重點實驗室在功能材料方向的研究平臺，開展了基于仿生機制三維石墨烯超材料自然干燥可控制備、可調控泊松比效應探索、微界面調變超絕熱特性，以及超彈性和力學增韌強化的納米陶瓷/石墨烯復合材料等方面的研究，取得了系列重要研究進展。其中微界面熱阻調控實現超絕熱和耐火性能的具體研究成果如下：基于設計石墨烯微觀上片層組裝界面熱阻，控制微觀骨架的傳熱路徑，增強聲子界面定向散射，實現三維石墨烯超輕材料導熱系數的可控調變，得到了超輕密度<2mg/cm3低于空氣導熱系數的超絕熱特性~0.0126 W/（m?K）。以及由于微觀石墨烯單元高活化能導致的良好耐火特性和力學穩定性。

    該系列研究豐富了石墨烯材料研究方法，發展了基于微觀結構設計優化宏觀性能的石墨烯超材料研究策略，使其可廣泛應用于柔性驅動器、大應變傳感器、柔性電極材料、藥物傳輸、超輕保溫及防護、航天航空隔熱屏蔽等領域。

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責任編輯：殷鵬飛

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