高彈性是一種獨(dú)特的力學(xué)特性，從防彈背心到人工腱，高彈性材料在日常生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都能夠發(fā)揮不可替代的作用。像蜘蛛絲、橡膠這樣的天然有機(jī)材料就擁有優(yōu)良的彈性，而純無(wú)機(jī)材料由于內(nèi)部較強(qiáng)的共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵等強(qiáng)烈的作用力，其彈性變形要小很多。長(zhǎng)期以來(lái)，如何制備高可拉伸純無(wú)機(jī)彈性體是一個(gè)難題。

高可拉伸全碳?xì)饽z彈性體

國(guó)際著名期刊《自然通訊》日前發(fā)表了浙江大學(xué)科學(xué)家在材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)新突破。浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系高超教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研究，于近期取得突破性進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)在多年積累的石墨烯相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制備出高度可拉伸的全碳?xì)饽z彈性體，同時(shí)具有超低密度、高拉伸比、低能量損耗、優(yōu)異抗疲勞性能、寬溫度適用范圍等優(yōu)異性能。

團(tuán)隊(duì)提出了多級(jí)協(xié)同組裝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這種高可拉伸全碳?xì)饽z，它具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。其中，第一級(jí)的衍架結(jié)構(gòu)由石墨烯3D打印技術(shù)進(jìn)行可控制備，得到具有不同圖案的周期結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同的變形方式；第二級(jí)的多邊形單元是石墨烯氣凝膠材料的基本組成單元；第三級(jí)的屈曲結(jié)構(gòu)是通過(guò)受限還原過(guò)程得到，它可以通過(guò)不同的壓縮率來(lái)調(diào)節(jié)；第四級(jí)結(jié)構(gòu)是由石墨烯和碳納米管的協(xié)同組裝構(gòu)成的，該協(xié)同作用可以有效增強(qiáng)氣凝膠結(jié)構(gòu)單元壁，提高氣凝膠彈性體的彈性模量和抗疲勞性能。

這種全碳?xì)饽z彈性體具有優(yōu)異的抗疲勞性能，在拉伸200%的狀態(tài)下，可穩(wěn)定循環(huán)至少100圈；在100Hz, 1%應(yīng)變的狀態(tài)下，可穩(wěn)定循環(huán)至少百萬(wàn)次。

這種全新的超輕碳基彈性體已經(jīng)展現(xiàn)出令人振奮的應(yīng)用前景。將其組裝成應(yīng)變傳感器，可以對(duì)復(fù)雜的形狀變化進(jìn)行邏輯識(shí)別。該傳感器首先應(yīng)用在蛇形機(jī)械手臂上，可以準(zhǔn)確識(shí)別出線型、新月型、S和反S型等形狀及其變化。

高超表示，這項(xiàng)工作首次制備得到高度可拉伸的無(wú)機(jī)全碳?xì)饽z彈性體，將彈性體的概念拓寬到了無(wú)機(jī)領(lǐng)域，并改善了彈性體的高低溫耐老化性能，拓寬了使用溫度范圍，為其在柔性器件、智能機(jī)器人及航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。同時(shí)，這種多級(jí)協(xié)同組裝的方法也為其他無(wú)機(jī)彈性體的制備提供了一條全新的設(shè)計(jì)思路。

高超團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)航空航天學(xué)院的王宏濤、趙沛教授合作，進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)的原位高分辨透射原位表征，為揭示彈性機(jī)理提供了直接的微觀實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

來(lái)源：浙江新聞