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超高比强度及高热导三维碳蜂窝结构

作者:魏宇杰 2016-12-15 16:59 来源:
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碳结构如富勒烯、纳米碳管、石墨烯等具有许多优异的性能。力学上,科研人员一直希望能充分利用其稳定、低密度、超高强度的特性。然而,当我们用这类碳结构来构筑宏观三维材料的骨架或增强组分时,维持这类基本单位结构高强度的共价键无法得到保留:结构之间,或结构与基体之间的结合通常被较弱的相互作用取代,如范德华尔斯作用,这样一来,我们实际得到的宏观三维材料的强度比其碳构筑单元的强度低2~3数量级。 

来自中科院力学研究所、科罗拉多大学、麻省理工学院的科研人员发现:通过石墨烯构筑的三维蜂窝结构,当蜂窝墙为sp2 键,蜂窝墙交界处形成特种结构的sp3 键时,这类纯共价键组成的三维蜂窝结构在力学上是稳定的,而且具备超高比强度及高热导。 

下图1a显示了这类典型的三维碳蜂窝结构;图1b解析了蜂窝交界处的典型稳定原子结构,由两个5环及一个8环沿界面周期排布的阵列组成;图1c通过和目前最前沿研究报道的材料比强度的对比,碳蜂窝结构沿其zigzag方向(绿色符号)、扶手椅方向(红色)及蜂窝的轴向都具有极高的比强度,显示这类材料在轻质高强结构应用中的潜力。同时,该结构也有很好的导热性能。该研究获得了国家自然科学基金委的支持(魏宇杰,基金号11425211) 

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b03711 

 

  1.三维稳定碳蜂窝结构及其与最前沿报道结构比强度对比。 

  LNM供稿

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