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根据莱斯大学的科学家透露,由碳纳米管增强的一块导电石墨烯泡沫可以支撑超过其自身3000倍以上的重量,且能回弹到其原始高度。更好的是,这种增强的石墨烯泡沫可以制成任何形状和尺寸,科学家已经通过制造螺钉形部件证明了材料的这种能力。
莱斯实验室的化学家James Tour也测试了其新的“钢筋石墨烯”作为锂离子电容器中多孔的导电电极,并发现它在物理上和化学上是稳定的。这项研究的相关成果发表在了《ACS应用材料和接口》中。
石墨烯形式的碳是已知的最强的材料之一,并且是高度导电的,而多层碳纳米管广泛用作金属,聚合物和碳基复合材料中的导电增强物。Tour实验室已经使用纳米管来增强石墨烯的二维薄片,并决定尝试将这个概念延伸到宏观材料。
“我们开发了石墨烯泡沫,但是对于我们想把它应用到的领域来说,它还不够坚韧,所以使用碳纳米管来加强它,自然就是下一步工作。”
这种三维结构,是以表面活性剂包裹的多层碳纳米管和糖类作为碳源,在粉末状镍催化剂催化下制成的。将这些材料混合并蒸发水,将剩下的小颗粒产物压入钢模具中,然后在化学气相沉积炉中加热,将可用的碳转化为石墨烯。通过进一步处理除去镍残余物之后,最终得到模具形状的全碳泡沫,在本次试验中得到的是螺丝钉状。
这种石墨烯泡沫的扫描电镜图像显示,纳米管的部分未拉伸的外层结构已经与石墨烯结合,这证明了其强度和弹性。没有经过增强的石墨烯泡沫只能支撑等同于其自身约150倍的重量,同时保持快速回弹至其全高的能力。而经过碳纳米管强化的石墨烯在负载超过其重量8500倍时,仅存在约25%的不可逆变形。