徐鳴教授團(tuán)隊成功研制超輕碳納米抗沖擊材料
抗沖擊材料用以抵抗緊急突發(fā)情況帶來的力學(xué)沖擊,在極端環(huán)境應(yīng)用（太空飛行器、極地作業(yè)設(shè)備等）中尤其重要。美國航天局（NASA）在關(guān)于極端環(huán)境技術(shù)的報告中明確指出了極端環(huán)境應(yīng)用對耐高溫、耐低溫、耐酸性抗沖擊材料的發(fā)展需求。
近日，我院徐鳴教授團(tuán)隊研制了一種全新的超輕抗沖擊材料，碳納米墊Nanocarbon Cushion；該材料結(jié)合了陣列碳納米管的超強(qiáng)能量耗散能力與類金剛石薄膜的韌性，具備2.22 kJ/m3的高比耗能；而全碳結(jié)構(gòu)也使該材料具備可在極端環(huán)境（太空、極地）應(yīng)用的潛能。
圖1. 碳納米墊材料在太空領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)想
論文中，研究團(tuán)隊從制備、抗沖擊性能、抗沖擊機(jī)理等方面對此類抗沖擊材料進(jìn)行了詳細(xì)闡述。研究者們首次將增強(qiáng)輝光放電等離子體離子注入且沉積的方法應(yīng)用于碳納米材料的制備中，成功獲得了陣列碳納米管與類金剛石薄膜的無縫鏈接。該方法通過在陣列碳納米管表面產(chǎn)生大量懸鍵，大幅降低類金剛石薄膜在陣列碳納米管表面的成核難度，促成了類金剛石膜在陣列碳納米管頂部的沉積。研究者們系統(tǒng)探究了碳納米墊的抗沖擊性能與材料結(jié)構(gòu)間的構(gòu)效關(guān)系；并通過微觀結(jié)構(gòu)表征揭示了碳納米墊抗沖擊工作機(jī)理：沖擊能量通過類金剛石薄膜的面內(nèi)傳導(dǎo)至膜下的陣列碳納米管，通過陣列碳納米管的zigzag形變耗散沖擊能量。陣列碳納米管與類金剛石薄膜的無縫鏈接消除了材料在沖擊過程中的應(yīng)力集中，更有助于沖擊能量在整體結(jié)構(gòu)中的分布與傳遞。研究者相信，碳納米墊的研究將為服務(wù)于極端環(huán)境與尖端領(lǐng)域的先進(jìn)輕質(zhì)抗沖擊材料的設(shè)計與制備提供新的研究思路。
相關(guān)工作在線發(fā)表在Carbon (DOI: 10.1016/j.carbon.2020.07.082)上，文章題目：A new-structured nanocarbon cushion with highly impact-resistant properties。Infomat 及其旗下的微信公眾號“Lab Motif”推廣了該工作（https://mp.weixin.qq.com/s/7Yq5UL7iHPkDsgePK51BOg）。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、湖北省自然科學(xué)基金委、武漢市應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目、深圳市基礎(chǔ)研究項目的資助。
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