力學所等在超高比強度及高熱導三維碳蜂窩結構研究中獲進展

2021-02-08 中國科學院
力學所等在超高比強度及高熱導三維碳蜂窩結構研究中獲進展

2016-12-16 力學研究所

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  碳結構如富勒烯、納米碳管、石墨烯等具有許多優異的性能。力學上,科研人員一直希望能充分利用其穩定、低密度、超高強度的特性。然而,當用這類碳結構來構築宏觀三維材料的骨架或增強組分時,維持這類基本單位結構高強度的共價鍵無法得到保留:結構之間,或結構與基體之間的結合通常被較弱的相互作用取代,如範德華爾斯作用,這樣一來,實際得到的宏觀三維材料的強度比其碳構築單元的強度低2~3數量級。

  來自中國科學院力學研究所、美國科羅拉多大學、麻省理工學院的科研人員發現:通過石墨烯構築的三維蜂窩結構,當蜂窩牆為sp2 鍵,蜂窩牆交界處形成特種結構的sp3 鍵時,這類純共價鍵組成的三維蜂窩結構在力學上是穩定的,而且具備超高比強度及高熱導。

    下圖a顯示了這類典型的三維碳蜂窩結構;圖b解析了蜂窩交界處的典型穩定原子結構,由兩個5環及一個8環沿界面周期排布的陣列組成;圖c通過和目前最前沿研究報導的材料比強度的對比,碳蜂窩結構沿其zigzag方向(綠色符號)、扶手椅方向(紅色)及蜂窩的軸向都具有極高的比強度,顯示這類材料在輕質高強結構應用中的潛力。同時,該結構也有很好的導熱性能。研究成果發表在《納米快報》上。

    該研究獲得了國家自然科學基金委的支持(魏宇傑,基金號11425211)。

    論文連結

 

三維穩定碳蜂窩結構及其與最前沿報導結構比強度對比

  碳結構如富勒烯、納米碳管、石墨烯等具有許多優異的性能。力學上,科研人員一直希望能充分利用其穩定、低密度、超高強度的特性。然而,當用這類碳結構來構築宏觀三維材料的骨架或增強組分時,維持這類基本單位結構高強度的共價鍵無法得到保留:結構之間,或結構與基體之間的結合通常被較弱的相互作用取代,如範德華爾斯作用,這樣一來,實際得到的宏觀三維材料的強度比其碳構築單元的強度低2~3數量級。
  來自中國科學院力學研究所、美國科羅拉多大學、麻省理工學院的科研人員發現:通過石墨烯構築的三維蜂窩結構,當蜂窩牆為sp2 鍵,蜂窩牆交界處形成特種結構的sp3 鍵時,這類純共價鍵組成的三維蜂窩結構在力學上是穩定的,而且具備超高比強度及高熱導。
    下圖a顯示了這類典型的三維碳蜂窩結構;圖b解析了蜂窩交界處的典型穩定原子結構,由兩個5環及一個8環沿界面周期排布的陣列組成;圖c通過和目前最前沿研究報導的材料比強度的對比,碳蜂窩結構沿其zigzag方向(綠色符號)、扶手椅方向(紅色)及蜂窩的軸向都具有極高的比強度,顯示這類材料在輕質高強結構應用中的潛力。同時,該結構也有很好的導熱性能。研究成果發表在《納米快報》上。
    該研究獲得了國家自然科學基金委的支持(魏宇傑,基金號11425211)。
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三維穩定碳蜂窩結構及其與最前沿報導結構比強度對比

列印 責任編輯:葉瑞優

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