中科大研制超弹性全碳材料

2021年9月15日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授俞书宏团队研制出一种兼具高度可压缩性和可拉伸性的超弹性全碳多孔材料，被称为“碳弹簧”。

该工作提供了一种用于构筑新型智能振动和磁性传感器的有效途径，并为利用其他无机组分创制能用于极端场合的高度可伸缩型多孔材料提供了新的策略。

多孔碳材料应用领域广泛，一直是材料科学领域的研究热点。机械柔韧性是决定其实际应用过程中结构稳定性和耐久性的关键因素。经过过去几十年的大量研究，多孔碳材料的压缩脆性问题得到了很好解决，多种高度可压缩的弹性多孔碳材料被成功制备。然而，由于三维多孔的碳网络之间连接非常脆弱，如何研制出具有可逆拉伸性能的多孔碳材料是一个大的挑战。

此前，该团队的研究人员受人类“足弓”的宏观弹性拱形结构启发，借助他们发展的双向冰模板技术，构筑了由微拱结构单元有序堆叠构成的全碳多孔材料，实现了高度可压缩性和超弹性。

近期，他们再次从“弓”的弹性变形机制获取灵感，通过深入研究表明，引入的这种独特的长程有序层状微拱结构，不仅可以解决多孔碳材料的压缩脆性问题，同时还可以有效解决其拉伸脆性问题。

基于此，研究人员成功研制出这种“碳弹簧”，该“碳弹簧”可以在-60%～80%的大应变范围内实现可逆的拉伸和压缩形变，并能完全回弹，类似于真正的金属弹簧，这种弹性特性使其与几乎所有先前报道的多孔碳材料区分开来。其独特的微观结构和性能使其成为制造智能振动和磁性传感器件的理想材料，所获得的传感器件甚至能够在极端温度环境下(-100℃～350℃)有效地发挥作用。