日前，從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書(shū)宏院士研究團隊與梁海偉教授課題組合作，通過(guò)熱解化學(xué)控制，將結構生物材料熱轉化為石墨碳納米纖維氣凝膠，其完美地繼承了細菌纖維素從宏觀(guān)到微觀(guān)的層次結構，具有顯著(zhù)的熱機械性能，并實(shí)現了大規模合成。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》上。
具有超彈性和抗疲勞性的輕質(zhì)可壓縮材料，是航空航天、機械緩沖、能量阻尼和軟機器人等領(lǐng)域的理想材料。許多低密度的聚合物泡沫是高度可壓縮的，在重復使用時(shí)往往易疲勞，并在聚合物玻璃化轉變和熔融溫度附近發(fā)生超彈性退化。碳納米管和石墨烯雖具有固有的超彈性和熱機械穩定性，但涉及的復雜設備和制備過(guò)程使其只能制備毫米級尺寸的材料。另一方面，大自然中從幾億年進(jìn)化而來(lái)的復雜層次結構生物材料，因其優(yōu)異的力學(xué)性能而備受關(guān)注，然而由于它們是純有機或有機/無(wú)機復合結構，通常只適合在很窄的溫度范圍內工作。因此，將這些非熱穩定的結構生物材料轉化為具有固有層次結構的熱穩定石墨材料，有望創(chuàng )造出熱力學(xué)穩定的材料。
該團隊發(fā)展了一種利用無(wú)機鹽對細菌纖維素進(jìn)行熱解化學(xué)調控方法，實(shí)現了大規模合成、形態(tài)保留的碳化新工藝，研制的碳納米纖維氣凝膠較好地繼承了細菌纖維素從宏觀(guān)到微觀(guān)的層次結構，在較寬的溫度范圍內表現出明顯的不隨溫度改變的超彈性和抗疲勞性能。
由于碳納米纖維氣凝膠具有優(yōu)異的熱穩定機械性能并可實(shí)現宏量制備，在諸多領(lǐng)域將具有重要的應用前景，特別是適合極端條件下的機械緩沖、壓力傳感、能量阻尼及航天太陽(yáng)能電池等。
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