中国科学技术大学制备出新型超弹性耐疲劳碳基仿生材料

中国科学技术大学制备出新型超弹性耐疲劳碳基仿生材料

中国科学技术大学的研究人员在超弹性耐疲劳碳纳米组装体材料的仿生设计与制备方面取得进展，成功设计、制备出了超弹性耐疲劳宏观尺度碳纳米组装体仿生材料。

研究人员受人类足弓等常见宏观弹性拱结构的启发，首先设计了一种新型的双向冷冻技术，将壳聚糖-氧化石墨烯（CS-GO）混合溶液取向冷冻并干燥，从而获得具有层状结构的CS-GO宏观组装体；然后，再对其进行高温碳化处理，利用碳化过程中CS和GO收缩程度的不同，使原本较为平坦的薄层结构皱缩成所需的层状连拱结构，最终成功制备出了一种具有微观层状连拱结构的宏观尺度碳纳米组装体材料。该材料虽然由脆性、易碎的无定型碳—石墨烯复合物构筑而成，却同时实现了高水平的可压缩性、超弹性及抗疲劳性。

研究人员通过构建力学模型对该材料的性能进行了系统的分析。结果表明，构成该材料的微拱结构单元和宏观薄壳型拱结构一致，可承受较大程度的可逆弹性变形，而其拱面本身可免受局部应力过大所造成的破坏。因此，由取向一致的微拱单元相互堆垛构成的材料整体具有如宏观弹性拱结构一样优越的机械性能。这类具有层状微拱结构的碳纳米组装体材料有望在特种条件下的力学传感和探测等领域获得应用。该项研究还表明，现有成熟的宏观结构设计对于材料的微观结构设计也具有指导意义。

(KX.1019)