南开大学等研获耐高温抗极寒“太空海绵”

南开大学化学学院教授陈永胜团队联合美国莱斯大学研获了一种新型三维石墨烯材料。该材料有望成为航天装备制造领域的“太空海绵”,可在4 K(约-269℃)深低温到1273 K(约1 000℃)高温区间保持良好的稳定性和高弹性。相关研究结果发表于《科学进展》。

该材料由无序排列的单层石墨烯片通过共价键化学交联而构成,在低至液氦温区的极端低温条件下具有与室温下相同的力学性能,包括高度可回复的超级弹性、不变的杨氏模量、近零泊松比以及出色的抗疲劳性能。

通过自主搭建的力学性能测试系统,研究人员精确、系统地测试了在4～1 273 K(约-269～1 000℃)温度范围内,三维石墨烯材料的各项力学性能。此外,团队利用改造的扫描电子显微镜和原位变温样品台,获得了三维石墨烯材料在极端低温和高温条件下压缩-回弹过程中微观结构的变形特征,并通过理论模型计算验证,阐明这一新型材料温度不变性源于石墨烯特有的sp2杂化的二维碳原子平面晶体结构。