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我校在三維石墨烯超材料研究方面取得重要突破

作者:于心 ? 來源: 本站原創

哈工大報訊(肖克/文)近日,由我校土木學院李惠教授指導的2012級博士研究生張強強以第一作者身份在國際著名期刊《先進材料》(Advanced Materials,2014年影響因子為17.49)上發表題為雙曲形貌3D石墨烯超材料負泊松比和超材料研究的科研論文。該論文在國際上首次研究了三維石墨烯材料中存在的負泊松比效應和超彈性特征,受到了審稿人高度評價。李惠教授和青年教師徐翔為共同通訊作者,我校為第一署名單位。

超材料被定義為通過人工設計實現一些常規和天然材料所不具備的超常物理特性材料。區別于傳統材料,負泊松比材料是指材料在縱向壓縮變形過程中,橫向向內部收縮而不會發生普通材料的膨脹,形成內凹外形輪廓。通過改變材料變形行為,負泊松比可以有效提高材料力學性能。

 該研究基于改進的水熱法和定向冷凍工藝設計,發展了具有微觀雙曲取向形貌和內凹角結構的三維石墨烯超輕材料,基于設計的微觀石墨烯片狀單元定向彈性屈曲,實現了宏觀可調諧負泊松比效應。由于在負泊松比作用下,材料盡可能處于壓縮狀態,有效地改進和提高了材料力學性能,包括抗壓強度和耐疲勞穩定性等。與傳統微觀結構網絡隨機分布三維石墨烯材料相比,具有雙曲微觀結構的石墨烯超材料抗壓強度和楊氏模量可提高一個數量級以上。這種三維石墨烯超材料豐富的孔隙結構、大比表面積、超彈性、優良的耐疲勞穩定性和良好的導電特性,使該材料氣凝膠在防護工程防彈衣、柔性電極材料、可驅動電子開關、生物化學催化劑載體、超級電容器、傳感器以及污染物吸附、隔熱耐高溫等領域具有廣闊的應用前景。

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