石墨烯新結(jié)構(gòu)形似海綿比鐵硬

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據(jù)英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》8日?qǐng)?bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的科學(xué)家通過(guò)按壓并熔化石墨烯薄片，制造出迄今最輕質(zhì)堅(jiān)固的材料之一——一種多孔的三維石墨烯結(jié)構(gòu)，其形狀類似海綿，密度僅為鐵的5%，但堅(jiān)固程度為鐵的10倍多。
 
石墨烯在二維形式時(shí)被認(rèn)為是最堅(jiān)固的材料，但研究人員一直很難將其二維形式下的堅(jiān)固強(qiáng)度，轉(zhuǎn)化到有用的三維材料內(nèi)。在最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)施加熱和壓力，將石墨烯小薄片按壓在一起，制造出一種復(fù)雜穩(wěn)定類似珊瑚和硅藻類生物的結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)名為“螺旋二十四面體”，其表面積相對(duì)體積來(lái)說(shuō)很大，但非常堅(jiān)固。
 
研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、MIT土木和環(huán)境工程系主任馬庫(kù)斯·比勒解釋說(shuō)：“石墨烯這種二維材料僅一個(gè)原子厚，擁有獨(dú)特的堅(jiān)固程度和電學(xué)屬性，但由于太纖薄，很難制成三維材料。不過(guò)，我們的最新研究做到了這一點(diǎn)。”
 
比勒指出：“石墨烯在熱和壓力作用下自然形成的這一幾何形狀非常復(fù)雜，用傳統(tǒng)方法不可能制造出來(lái)�！痹趯�(shí)驗(yàn)中，研究人員用3D打印機(jī)制造出擴(kuò)大數(shù)千倍的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，得到了上述結(jié)果。
 
這項(xiàng)近日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)步》雜志上的新研究表明，新結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能更大程度源于這一獨(dú)特的構(gòu)造而非材料本身。這意味著，科學(xué)家可以將其他材料制成同樣的幾何形狀，來(lái)獲得同樣強(qiáng)度的輕質(zhì)材料。
 
研究人員認(rèn)為，同樣的幾何形狀甚至能應(yīng)用于更大塊頭的結(jié)構(gòu)材料。比如，制造橋梁的水泥可制成同樣的多孔幾何形狀，在降低重量的同時(shí)獲得同樣的堅(jiān)固程度。此外，由于這一形狀內(nèi)充滿了細(xì)小的孔隙，因此，有望用于過(guò)濾水或化學(xué)物質(zhì)。