材料人註：想研究納米複合材料，卻空有一顆吃貨的心？然後並不是不可能，因為納米複合材料是可以用做麵包方式合成的，用吃貨方式打開複合材料的大門不再是幻想。
MIT（麻省理工）的科學家們找到了一種能夠合成多層複合材料的有效方式，雖有數百層厚，但是這種材料僅有數個原子的厚度並且能覆蓋材料的各個角落。
而科學家們使用的方法也歷史悠久，數百年來為鐵匠和麵點師廣泛使用。
該研究成果由Michael Strano、化學工程教授Carbon P. Dubbs、博士研究生Pingwei Liu和其他11名MIT學生共同發布在本周的 Science雜誌上。
Strano表示，「像僅由碳構成的石墨烯、由石墨烯捲曲成成的碳納米管，是目前人類發現的強度、硬度最高的材料，因為上述材料的原子全部通過碳-碳鍵相連，而碳-碳鍵又是自然界最穩定的化學鍵。」因此科學家們在努力尋找將這些納米材料運用到複合材料中的方法。
最大的障礙是怎樣把這些材料嵌入另外一種材料構成的規則點陣中。石墨烯和碳納米管有很強的抱團傾向，因此在團塊形成前要將其與液體樹脂充分攪拌。
MIT科學家們希望找到一種方法合成大量的片層，並且堆疊有序，無需對每層進行堆疊。
儘管整個過程比實際更為複雜，但是核心技術卻與打造超級寶劍和製作果仁餡餅和紅豆杏仁卷的技術相似。每種材料的片層，無論是鋼鐵，麵團或石墨烯都呈平鋪狀態。隨後，將片層摺疊，或對摺或彎曲，然後再進行多次摺疊。
每摺疊一次，層數就增加一倍，因此層數呈指數增加。僅摺疊20次就會形成一百多萬排列整齊的片層。
但是這種方法在納米領域卻不能奏效。研究過程中，科學家們沒有摺疊材料，而是把整塊材料（材料本身就包括數層石墨烯和複合材料）切成四塊，然後將這四塊材料層層堆疊，之後重複上述過程。但是結果是一樣的，通過這種方式，同快速得到了堆疊整齊，嵌入材料點陣中的片層聚碳酸酯，從而合成複合材料。
在概念證明測試中，MIT科學家們合成了包含320層石墨烯的複合材料，並證明，雖然加入的石墨烯數量不足掛齒（僅為材料總重的十分之一），但是卻明顯發送了材料的整體強度。
Strano表示，「因其超級微小的身材和可以無限平鋪的性質，石墨烯的寬高比可達到無窮，可以覆蓋材料表面，雖然厚度僅為幾納米。僅有石墨烯和少數已知的二維材料能夠做到這點」。
科學家們還找到了利用石墨烯生產結構纖維的方法，這有望生產出嵌入電子功能的紗線和纖維，並產生複合材料的新分枝。這種方法使用的是一種切片機制，有點像奶酪切片，把石墨烯切成片，然後形成捲軸狀，這種技術還有個漂亮的藝名：阿基米德螺旋。
這種方法能夠克服了石墨烯和碳納米管最大的缺陷，這是由於上述材料能夠形成長纖維，而這要利益於其超光滑的特性。由於這種特性，纖維之間不會聚集成束，而是各自滑動。最新合成的纖維不僅解決了上述問題，而且延展性能極佳，這不同於諸如Kevlar的其他高強度材料。這就意味著這些纖維能夠合成會變形但至失效的保護性材料。
Strano表示，這種層狀複合材料還有一個出乎意料的特性：石墨烯片層的超導特性避免了相鄰片層間發生短路的可能性。因為，僅把電子探針嵌入一定厚度的堆疊層中，就能夠找到數百層中的任何一層。這會誕生一種新型多層複合材料。
原文參考連結：Borrowing from Pastry Chefs, Engineers Create Nanolayered Composites（見下方「閱讀原文」）
材料人網專注於跟蹤材料領域科技及行業進展，這裡匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對於跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點擊下方「閱讀原文」進入材料人報名加入編輯部。
長按二維碼訂閱材料人了解更多科技服務
變溫XRD、DSC、XRF、SEM、XPS、AFM、TEM、ICP、PPMS、BET、拉曼、粒度分析、紅外、力學、化學分析、熱性能、無損檢測等請找材料人
合作電話：010-82810279
郵箱：kefu@cailiaoren.com