『納米 材料』中美國科學家開發低溫製成的高強度、超韌和高導電性的石墨烯片新型碳材料

中國北京航空航天大學和美國德克薩斯大學達拉斯分校的國際研究小組共同開發出了新型高強度、超韌的碳薄片材料，可在低溫下廉價製造出來。特別的製造工藝可使材料機械性能超過目前在各種商業使用中的碳纖維複合材料。

中國北京航空航天大學和美國德克薩斯大學達拉斯分校的國際研究小組共同開發出了高強度、超韌的碳薄片，可在低溫下廉價製造出來。該小組於5月7日在《美國國家科學院學報》上報道了這種他們用化學拼接石墨烯碳片方法製成的新型碳薄片材料。

該小組通過將石墨碳薄片化學橋接在一起製造了更大的薄片，特別的製造工藝可使材料機械性能超過目前在各種商業產品中使用的碳纖維複合材料。研究人員說：「這些薄片可能最終取代從飛機和汽車車身到風車葉片和動力設備中所使用的昂貴的碳纖維複合材料。」

現有的碳纖維複合材料十分昂貴，因為碳纖維需要極高溫度的生產環境，可能要超過2500攝氏度(約4,500華氏度)。

研究人員介紹：「相比之下，我們的工藝可以使用便宜的石墨礦原料，並在低於45攝氏度的溫度下加工。」

研究人員從天然珍珠（也稱為珍珠母）中發現了靈感，這給一些貝殼提供了它們的強度和韌性。珍珠層由平行的薄片組成，它們由有機材料的薄層結合在一起，類似於牆中的磚通過砂漿保持在一起。

研究團隊不是機械地堆疊大面積石墨烯片，而是將微米尺寸的石墨片氧化成可以分散在水中，然後過濾這種分散體，以低成本製造定向氧化石墨烯片。「這個過程類似於通過過濾纖維漿來手工製造紙張。在這個階段，薄片紙張既不堅固也不堅韌，這意味著它們在破裂之前不能吸收太多能量。團隊使用的方法是使用依次滲透的橋接劑將這些薄片縫合在一起，這些橋接劑將互相重疊的相鄰薄片互連，並將氧化石墨烯轉化為石墨烯。這一工藝的關鍵在於橋聯劑通過形成共價化學鍵和范德華鍵而分別起作用。

與碳纖維複合材料不同，這個方法不需要聚合物基質。雖然昂貴的碳纖維複合材料的薄片在所有的薄片平面方向上都能提供相似的強度，但它們在斷裂之前能吸收的能量是這種順序橋接的石墨烯薄片材料的三分之一。

新的材料是低成本的。除了表現出高的強度、韌性和抗疲勞性之外，它們具有高的導電性並且能夠屏蔽電磁輻射。這些特性使得這些順序橋接的石墨烯片對於將來可能的應用非常有吸引力。

參考來源：美國德克薩斯大學達拉斯分校