記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士研究團(tuán)隊與梁海偉教授課題組合作，通過熱解化學(xué)控制，將結(jié)構(gòu)生物材料熱轉(zhuǎn)化為石墨碳納米纖維氣凝膠，其完美地繼承了細(xì)菌纖維素從宏觀到微觀的層次結(jié)構(gòu)，具有顯著的熱機(jī)械性能，并實現(xiàn)了大規(guī)模合成。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》上。
具有超彈性和抗疲勞性的輕質(zhì)可壓縮材料，是航空航天、機(jī)械緩沖、能量阻尼和軟機(jī)器人等領(lǐng)域的理想材料。許多低密度的聚合物泡沫是高度可壓縮的，在重復(fù)使用時往往易疲勞，并在聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變和熔融溫度附近發(fā)生超彈性退化。碳納米管和石墨烯雖具有固有的超彈性和熱機(jī)械穩(wěn)定性，但涉及的復(fù)雜設(shè)備和制備過程使其只能制備毫米級尺寸的材料。另一方面，大自然中從幾億年進(jìn)化而來的復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)生物材料，因其優(yōu)異的力學(xué)性能而備受關(guān)注，然而由于它們是純有機(jī)或有機(jī)/無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)，通常只適合在很窄的溫度范圍內(nèi)工作。因此，將這些非熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)生物材料轉(zhuǎn)化為具有固有層次結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定石墨材料，有望創(chuàng)造出熱力學(xué)穩(wěn)定的材料。
該團(tuán)隊發(fā)展了一種利用無機(jī)鹽對細(xì)菌纖維素進(jìn)行熱解化學(xué)調(diào)控方法，實現(xiàn)了大規(guī)模合成、形態(tài)保留的碳化新工藝，研制的碳納米纖維氣凝膠較好地繼承了細(xì)菌纖維素從宏觀到微觀的層次結(jié)構(gòu)，在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出明顯的不隨溫度改變的超彈性和抗疲勞性能。由于碳納米纖維氣凝膠具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定機(jī)械性能并可實現(xiàn)宏量制備，在諸多領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾膽?yīng)用前景，特別是適合極端條件下的機(jī)械緩沖、壓力傳感、能量阻尼及航天太陽能電池等。