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我校在三维石墨烯超材料研究方面取得重要突破

作者:于心   来源: 本站原创

哈工大报讯(肖克/文)近日,由我校土木学院李惠教授指导的2012级博士研究生张强强以第一作者身份在国际著名期刊《先进材料》(Advanced Materials2014年影响因子为17.49)上发表题为双曲形貌3D石墨烯超材料负泊松比和超材料研究的科研论文。该论文在国际上首次研究了三维石墨烯材料中存在的负泊松比效应和超弹性特征,受到了审稿人高度评价。李惠教授和青年教师徐翔为共同通讯作者,我校为第一署名单位。

超材料被定义为通过人工设计实现一些常规和天然材料所不具备的超常物理特性材料。区别于传统材料,负泊松比材料是指材料在纵向压缩变形过程中,横向向内部收缩而不会发生普通材料的膨胀,形成内凹外形轮廓。通过改变材料变形行为,负泊松比可以有效提高材料力学性能。

 该研究基于改进的水热法和定向冷冻工艺设计,发展了具有微观双曲取向形貌和内凹角结构的三维石墨烯超轻材料,基于设计的微观石墨烯片状单元定向弹性屈曲,实现了宏观可调谐负泊松比效应。由于在负泊松比作用下,材料尽可能处于压缩状态,有效地改进和提高了材料力学性能,包括抗压强度和耐疲劳稳定性等。与传统微观结构网络随机分布三维石墨烯材料相比,具有双曲微观结构的石墨烯超材料抗压强度和杨氏模量可提高一个数量级以上。这种三维石墨烯超材料丰富的孔隙结构、大比表面积、超弹性、优良的耐疲劳稳定性和良好的导电特性,使该材料气凝胶在防护工程防弹衣、柔性电极材料、可驱动电子开关、生物化学催化剂载体、超级电容器、传感器以及污染物吸附、隔热耐高温等领域具有广阔的应用前景。