上海硅酸盐研究所发现的三维石墨烯管超材料

上海硅酸盐研究所发现的三维石墨烯管超材料



蜂窝材料（多孔材料）具有比刚度高、比强度高、能量吸收能力强的优点，可应用于复合材料、环境、能源和生物等领域，密度小于10 mg/cm3的超轻材料的构建已成为世界各国的研究热点。如金属（Ni-P）、陶瓷（Al2O3）等的超晶格结构，但随着密度的降低，这些材料的力学和电学性能呈指数级下降（n2）。同时，这些材料的结构稳定性和可修复性变形明显恶化。科学家梦寐以求的碳基细胞材料由碳纳米管或石墨烯组成，具有优异的机械和电气性能。这要求结构单元（碳管或石墨烯板之间）是共价的。但很难实现。

最近，上海硅酸盐研究所、宾夕法尼亚大学和中国科学院北京大学开展了合作研究。毕辉、陈义伟、黄福强等发现了一种三维石墨烯管超材料（图1），它属于一种新型多孔结构多孔多孔材料，具有较强的力学性能、低密度和高导电性能，远优于现有的碳材料，石墨烯宏观结构的密度可以达到B。e低至1 mg cm-3（连续可调），比表面积可高达1000 m 2g-1，三维石墨烯首次由四个连接的石墨烯纳米管共价键合，形成类金刚石的四配位三维稳定结构。

三维石墨烯管强度高，压缩模量高达100MPa，能承受自身重量的40000倍，无明显变形（图2）。它还具有超高弹性，压缩变形95%以上。经过1000次循环后，几乎可以完全恢复，这是所有细胞材料中最大的一种，石墨烯气管材料具有优良的导电性，导电率可达70μm-1。三维石墨烯管可作为优良的弹性导体。其机电性能是目前报道的1-2个数量级的多孔石墨烯，可应用于新能源领域。此外，该材料具有超疏水性，对有机溶剂的超快速吸附，对有机溶剂的吸附量可达自身重量的600倍，可用于污水处理。如海上溢油。

相关工作由国家自然科学基金和上海省科委重点基金资助。研究结果发表在学术期刊《高级材料》（DOI:10.1002/ADMA）上。201502682）。

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