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三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展

导读: 该系列研究丰富了石墨烯材料研究方法,发展了基于微观结构设计优化宏观性能的石墨烯超材料研究策略,使其可广泛应用于柔性驱动器、大应变传感器、柔性电极材料、药物传输、超轻保温及防护、航天航空隔热屏蔽等领域。

近日,兰州大学土木工程与力学学院在三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展,先后在国际材料工程领域顶级刊物Advanced Materials 发表论文2篇,在美国化学学会旗下材料科学Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces 发表论文一篇。

三篇文论题目分别为:“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”。该校张强强副教授为论文第一作者(其中一篇为共同一作),兰州大学作为其中两篇通讯单位。

石墨烯(Graphene)独特的晶体结构赋予了其优异的力、电、光、热等性能,吸引全球科学家的研究兴趣。“如何在大尺度制备石墨烯的宏观构筑体”是目前材料、物理、力学等学科重要的热点领域之一,对于推动石墨烯微纳尺度优异特性在宏观大尺度利用和多功能化发展具有重要的意义。

兰州大学青年教师张强强副教授与哈尔滨工业大学李惠教授、普渡大学Tim Fisher 和Gary Cheng教授等人开展合作,并依托西部灾害与环境力学教育部重点实验室在功能材料方向的研究平台,开展了基于仿生机制三维石墨烯超材料自然干燥可控制备、可调控泊松比效应探索、微界面调变超绝热特性,以及超弹性和力学增韧强化的纳米陶瓷/石墨烯复合材料等方面的研究,取得了系列重要研究进展。

仿生启发自然干燥制备技术和可调变泊松比效应。基于生物纤维束微观交联实现结构强化的仿生思想,采用Na2B4O7强化微观骨架初始刚度,C2H8N2调控石墨烯片还原程度优化微观孔隙表面张力,调控石墨烯凝胶骨架初始刚度和溶剂蒸发的毛细应力平衡,实现在常温常压下蒸发样品所含溶剂并保持其体积不收缩、结构不坍塌。

三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展

首次实现了常温常压条件大尺度制备三维石墨烯材料的自然干燥技术,对于石墨烯材料的低成本、大尺度、大规模化生产应用具有重要意义。该方法制备得到的气凝胶具有比传统冷冻干燥或者超临界干燥技术所得材料更为优良的性能,如高达99%的可恢复压缩超弹性、可调节泊松比特性、高电导率、稳定压阻效应等。(Adv. Mater.,201628, 9223-9230. DOI:10.1002/adma.201605506)

三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展

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