【成果簡介】

    近日，蘭州大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院在三維石墨烯超材料研究方面取得重要進(jìn)展，先后在國際材料工程領(lǐng)域頂級(jí)刊物Advanced Materials 發(fā)表論文2篇，在美國化學(xué)學(xué)會(huì)旗下材料科學(xué)Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces 發(fā)表論文一篇。三篇文論題目分別為：“Flyweight, Superelastic, Electrically Conductive and Flaming Retardant 3D Multi-NanolayerGraphene/Ceramic Metamaterial”、“Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio”和“Flyweight 3D graphene scaffolds with micro-interface barrier derived tunable thermal insulation and flame retardancy”。該校張強(qiáng)強(qiáng)副教授為論文第一作者（其中一篇為共同一作），蘭州大學(xué)作為其中兩篇通訊單位。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖1 密度為10 mg/cm3的GSs的微觀結(jié)構(gòu)表征

    （a）GSs的光學(xué)照片。

    （b）rGSs的SEM橫斷面形貌。

    （c）圖（b）中蜂窩結(jié)構(gòu)的放大圖。

    （d）石墨烯片間π-π作用形成的蜂窩狀單元，其孔的尺寸約為35 μm。

    （e）縱向微觀圖。

    （f）微觀結(jié)構(gòu)圖，壁之間間距為30±5 μm。

    圖2 氧化的GSs的阻燃及熱絕緣應(yīng)用

    （a）燃燒前后的機(jī)械性能。

    （b）燃燒及施壓處理過程。

    （c）燃燒過程的拉曼表征。

    （d）溫度記錄儀記錄在熱盤上的氧化的GSs和rGSs的溫度分布。

    【研究內(nèi)容】

    石墨烯（Graphene）獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的力、電、光、熱等性能，吸引全球科學(xué)家的研究興趣。“如何在大尺度制備石墨烯的宏觀構(gòu)筑體”是目前材料、物理、力學(xué)等學(xué)科重要的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，對(duì)于推動(dòng)石墨烯微納尺度優(yōu)異特性在宏觀大尺度利用和多功能化發(fā)展具有重要的意義。蘭州大學(xué)青年教師張強(qiáng)強(qiáng)副教授與哈爾濱工業(yè)大學(xué)李惠教授、普渡大學(xué)Tim Fisher 和Gary Cheng教授等人開展合作，并依托西部災(zāi)害與環(huán)境力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在功能材料方向的研究平臺(tái)，開展了基于仿生機(jī)制三維石墨烯超材料自然干燥可控制備、可調(diào)控泊松比效應(yīng)探索、微界面調(diào)變超絕熱特性，以及超彈性和力學(xué)增韌強(qiáng)化的納米陶瓷/石墨烯復(fù)合材料等方面的研究，取得了系列重要研究進(jìn)展。其中微界面熱阻調(diào)控實(shí)現(xiàn)超絕熱和耐火性能的具體研究成果如下：基于設(shè)計(jì)石墨烯微觀上片層組裝界面熱阻，控制微觀骨架的傳熱路徑，增強(qiáng)聲子界面定向散射，實(shí)現(xiàn)三維石墨烯超輕材料導(dǎo)熱系數(shù)的可控調(diào)變，得到了超輕密度<2mg/cm3低于空氣導(dǎo)熱系數(shù)的超絕熱特性~0.0126 W/（m?K）。以及由于微觀石墨烯單元高活化能導(dǎo)致的良好耐火特性和力學(xué)穩(wěn)定性。

    該系列研究豐富了石墨烯材料研究方法，發(fā)展了基于微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化宏觀性能的石墨烯超材料研究策略，使其可廣泛應(yīng)用于柔性驅(qū)動(dòng)器、大應(yīng)變傳感器、柔性電極材料、藥物傳輸、超輕保溫及防護(hù)、航天航空隔熱屏蔽等領(lǐng)域。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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