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石墨烯新材料推出,能够取代航天领域的旧材料

五度易链 2018-11-28 2197 147

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 针对石墨烯的新材料的使用,从学校到企业都展开了一系列的研究。新材料的出现为传统材料提供了新的替代方式,石墨烯的应用范围一直在增加。


  针对石墨烯的新材料的使用,从学校到企业都展开了一系列的研究。新材料的出现为传统材料提供了新的替代方式,石墨烯的应用范围一直在增加。

  近日,美国莱斯大学的化学家James Tour与莱斯大学的材料科学家Pulickel Ajayan、Rouzbeh Shahsavari,北京航空航天大学的Jun Lou和Yan Zhao共同研发了一款新的符合材料。这种材料是通过使用环氧树脂和石墨烯等一系列的高分子聚合物复合形成。

  石墨烯一般采用熔融共混法、溶液共混法、原位聚合法等方法制得,而此次研究的石墨烯新材料是通过将碳源、聚丙烯晴、镍粉进行充分的混合,利用冷压技术将材料压实,再通过加热和化学处理去除镍,得到多孔的3D支架,最后利用真空将环氧树脂注入支架中。

  在制取的过程中,研究人员使用了多壁碳纳米管和石墨烯泡沫进行混合,这种方法得到的材料硬度比纯环氧树脂高出了约17倍,电导率约为每厘米14西门子,这种材料能够在航空领域和民用领域得到应用,代替现在正在使用的复合树脂材料。

  其实,碳钎维复合材料应用于航天和汽车领域的研究早已开展。在1950年,美国Wright-Patterson空军基地已经着手制造碳纤维。随着研究推进,现在美国战斗机中使用碳纤维复合材料的比例也在增加,第四代战斗力F-22采用了约24%的碳纤维复合材料。

  二月,日本东北大学和名古屋大学的科研人员成功研制出两种新型三层石墨烯。这两种新材料均由三层石墨烯组成,但堆垛方式和导电性不同。这一成果将推动光电转换光伏电池等新型电子设备的研发。

  石墨烯的碳原子呈六角形蜂巢晶格状分布,有两种常见的双层堆垛方式:一是AA堆垛,即上下两层紧密重合;二是AB堆垛,即上下两层之间存在一个碳原子的距离。这两种堆垛方式目前已成功实现。如果加上外电场,AB堆垛双层石墨烯便会成为半导体。相较之下,三层堆垛很难实现。日本科研人员用两种特殊方法加热碳化硅,终于成功制备出了两个三层石墨烯样品。

  科研人员将碳化硅在加压氩气和高真空中分别加热到1510℃和1300℃,再喷上氢气。氢气中的氢键破裂,形成单层氢原子,最后结合形成三层石墨烯。

  在加压氩气中加热的碳化硅呈ABA堆垛,即上下两层重合,中间层错开。而在真空下加热的碳化硅则呈ABC堆垛,即每层稍微错开。

  研究人员在检测两个石墨烯样本的物理性质时,发现两者的导电性是不同的。

  ABA堆垛的样品和单层石墨烯相似,都是极佳的导电体。而ABC堆垛的性质更接近于AB堆垛双层,具有半导体特性。

  在石墨烯的研发领域方面,我国也在和英国搭建合作关系。中国作为最大的石墨制造国家,和石墨烯研发前沿的英国之间的合作,能够充分发挥彼此的优势,为下一步产业结构化做基础。


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