如果要評選2019年的十大熱門材料，石墨烯一定是候選人之一。不止石墨烯，特殊的碳材料一直都是材料學(xué)研究的熱門。同樣由碳元素構(gòu)成的材料卻可以表現(xiàn)出截然不同的特性，例如金剛石是絕緣體、石墨是半導(dǎo)體、熱解石墨是良導(dǎo)體，而2018年發(fā)現(xiàn)的魔角石墨烯可以成為超導(dǎo)體。碳材料無限的可能性讓眾多材料學(xué)研究者將它作為解決問題的良方。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團隊通過熱解化學(xué)控制法，研制出一種新的碳氣凝膠材料，在具備超輕與超彈性兩種特點的同時還具有極端溫度耐受性，可在-100℃到500℃的范圍正常工作。

此前，該研究團隊在今年5月就研制出具有超彈性的硬碳氣凝膠。研究團隊先利用一種特定的樹脂材料與多種1D納米纖維構(gòu)建出納米纖維氣凝膠結(jié)構(gòu)模板，然后通過高溫碳化得到具有超彈性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的硬碳氣凝膠。這一研發(fā)思路同樣應(yīng)用于本次新材料研究中。

研究團隊選擇具有優(yōu)異力學(xué)性能的細菌纖維素，利用無機鹽對其進行熱解化學(xué)調(diào)控，使其碳化后成為新型碳納米纖維氣凝膠。這樣合成出來的碳氣凝膠較為完整地繼承了細菌纖維素得結(jié)構(gòu)，在保留了細菌纖維素的超彈性和抗疲勞性能外還極大地擴展了新材料適用的溫度范圍，使其具有良好的熱穩(wěn)定性。

材料研發(fā)完成后還需要利用試驗機與環(huán)境試驗箱對材料試樣進行評估與檢測。不同的測試項目需要不同的試驗設(shè)備，彈性試驗可通過彈性疲勞試驗機，溫度耐受性可以通過高低溫試驗箱進行。只有通過試驗設(shè)備的檢測，新材料才可以算初步研制成果，后續(xù)還需要長時間的實際應(yīng)用。經(jīng)驗證，新石墨氣凝膠材料重量只有6毫克/立方厘米，可在200萬次壓縮循環(huán)后繼續(xù)保持超彈性，并且可耐受-100℃的低溫到500℃的高溫。

新石墨氣凝膠材料性能優(yōu)異，還可以大規(guī)模合成，在能量阻尼、航空航天、機械緩沖等領(lǐng)域都有可以發(fā)揮巨大的作用。目前，國際上對具有超彈性與抗疲勞性的輕質(zhì)可壓縮材料的研究主要集中在碳納米管和石墨烯上，復(fù)雜的工藝使這一方向的研究成果現(xiàn)階段尺寸只能達到毫米級。新石墨氣凝膠材料的研制成功讓我國獲得了極大的優(yōu)勢。

材料是工業(yè)的基礎(chǔ)，高性能的材料對工業(yè)發(fā)展具有重要影響。很多前沿領(lǐng)域的研究都受限于材料的極限，特別是航空航天等高端產(chǎn)業(yè)。材料的突破將帶動產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)跨越式的發(fā)展。新材料的開發(fā)并不是一件簡單的事情，研究人員需要經(jīng)過無數(shù)次試錯才能找到正確的方向。每一種新材料研制成功的背后都是研究團隊長期的付出與積累。正是有這樣辛勤耕耘的科研人員，我國的科技才能不斷發(fā)展。