【48812】我国科大研发耐受气温改动的超弹性和抗疲惫碳纳米纤维气凝胶

  具有超弹性和抗疲惫性的轻质可紧缩资料，尤其是其间习惯宽广温度规模的资料，是航空航天、机械缓冲、能量阻尼和软机器人等范畴的抱负资料。许多低密度的聚合物泡沫是高度可紧缩的，但它们在重复使用时往往易疲惫，并在聚合物玻璃化改动和熔融温度邻近产生超弹性退化。尽管研讨者现已开宣布各种热安稳的轻质金属和陶瓷泡沫资料，但它们一般都只具有最小的可逆紧缩性，并且在循环变形下表现出疲惫。碳纳米管和石墨烯因其具有固有的超弹性和热机械安稳性，近年来被用作制备轻量超弹性资料的根本资料。尽管已有相关文献报导了这类资料的优异功能，但这些作业所触及的杂乱设备和制备进程使其只能制备毫米级尺度的资料。另一方面，天然中从几亿年进化而来的杂乱层次结构生物资料因其优异的力学功能而十分重视，但是因为它们是纯有机或有机无机复合结构，一般只合适很窄的温度规模内作业。因而，将这些非热安稳的结构生物资料转化为具有固有层次结构的热安稳石墨资料，有望创造出热力学安稳的资料。

  最近，我国科学技术大学俞书宏院士研讨团队和梁海伟教授课题组报导了一种通过热解化学操控，将结构生物资料（BC，即细菌纤维素）热转化为石墨碳纳米纤维气凝胶（CNFAs）的办法。其制备的碳气凝胶完美地承继了细菌纤维素从微观到微观的层次结构，具有十分显着的热机械功能。尤其是在阅历2×106次紧缩循环后仍能坚持超弹性而不产生塑性变形，在至少-100~500℃的大规模温度规模内具有优异才能的不随气温改动的超弹性和抗疲惫功能。这种气凝胶在热机械安稳性和抗疲惫功能方面比高分子泡沫、金属泡沫和陶瓷泡沫有共同的优势，完成了大规模组成，并具有生物资料的经济优势。相关效果以“Temperature-Invariant Superelastic and Fatigue Resistant Carbon Nanofiber Aerogels”发表于Adv. Mater.期刊上。

  图2、CNFAs在T = -100~500℃时N2中的热力学安稳的力学功能。（a~c）形变为20%、40%、60%和80%时CNFAs的紧缩应力-应变曲线，温度分别为：a）-100 °C、b）25 °C和c）500 °C；（d）CNFAs在T = -100-500℃时的粘弹性（贮存模量、损耗模量和阻尼比）；（e）CNFA、三聚氰胺、PU和EPE泡沫的贮存模量随温度的改动；（f）不一样的温度下CNFAs在1×105次循环中的贮存模量和损耗模量。

  该团队开展了一种使用无机盐对细菌纤维素（BC）进行热解化学调控办法，完成了大规模组成、形状保存的碳化新工艺，研发的碳纳米纤维气凝胶较好地承继了细菌纤维素从微观到微观的层次结构，在较宽的温度规模内表现出显着的不随温度改动超弹性和抗疲惫功能。因为碳纳米纤维气凝胶具有优异才能的热安稳机械功能并可完成宏量制备，在许多范畴将具有极点严重的使用远景，特别是合适极点条件下的机械缓冲、压力传感、能量阻尼及航天太阳能电池等。

  相关研讨遭到国家天然科学基金委立异研讨集体、国家天然科学基金要点项目、我国科学院前沿科学要点研讨项目、我国科学院纳米科学杰出立异中心、姑苏纳米科技协同立异中心等的赞助。