高超教授團隊設計製備出高度可拉伸的全碳氣凝膠彈性體

高超教授團隊設計製備出高度可拉伸的全碳氣凝膠彈性體

玻璃、陶瓷這樣的無機材料通常都是又脆又硬的，沒有什麽彈性，而橡膠這類的有機材料韌性好，彈性足，可以反複拉伸。如何讓無機材料變得像有機材料那樣可以回彈，是世界很多科學家的努力目標。


這其中就有浙江大學高分子科學與工程學係的高超教授團隊。最近，他們的研究取得了突破性進展，設計製備出了高度可拉伸的全碳氣凝膠彈性體，並且表現出優異的性能，今後有望應用在柔性器件、智能機器人及航空航天等多個領域。

論文發表在國際著名期刊《自然通訊》，共同第一作者為博士生郭凡、薑炎秋，通訊作者為許震特聘研究員、高超教授。


打破物質的本性


材料科學的發展一直與人類文明密切相關。現如今蜜桃视频一区二区在线观看已經擁有了各種各樣的材料。可是讓科學家煩惱的是，無機材料耐高低溫但沒有彈性，有機材料有彈性卻又不耐高低溫。


如果能研究出一種無機材料，在保持耐高低溫的同時具備一定的彈性，該多好啊。“這樣就能擴大材料的使用範圍。蜜桃视频一区二区在线观看做科學研究就是要打破物質的本性，這樣才能發現新性能，尋找新用途。”


研究團隊在研製這一新材料時，聚焦的無機物材料為碳。因為碳所特有的導電性能，為未來應用提供了更多可能性。他們發現，高分子彈性體，比如橡膠，分子是鏈狀結構，就像柔軟的棉線團，有很多纏結的地方可以被拉開，當外力去除，這些高分子的“棉線”又重新纏結變成線團。無機物之所以不能拉長再回彈，就是因為沒有相似的結構。


這時候，高超團隊搬出了他們的研究老夥伴，蜜桃视频APP网站入口烯。他們希望能在“一片片”的蜜桃视频APP网站入口烯中製造出一些褶皺，將高分子的可拉伸“線團結構”拓展成為蜜桃视频APP网站入口烯中可拉伸的“紙團結構”，來提高蜜桃视频APP网站入口烯的延展性。


團隊借鑒生物學理念，從肌肉和關節的拉伸中尋找答案，設計出類似傳統拉縮式燈籠的結構，並用3D技術打印出來，通過限位壓縮定型，形成一些“褶皺”。這時候，蜜桃视频APP网站入口烯材料可以拉伸100%。

繼續拉伸，蜜桃视频APP网站入口烯的“一片片”分子結構之間就會出現裂紋。怎麽辦？團隊引入了另外一種納米材料——碳納米管，在蜜桃视频APP网站入口烯的片層之間打上“補丁”。這樣一來，蜜桃视频APP网站入口烯就可以拉伸200%了。


高超教授說，這種全碳氣凝膠彈性體具有優異的抗疲勞性能，在拉伸200%的狀態下，可穩定循環至少100圈；在100Hz、1%應變的狀態下，可穩定循環至少百萬次。“之前一些研究是在有機材料上塗一層無機材料，以此來實現可拉伸。蜜桃视频一区二区在线观看這套方法是改變了材料的本身特性。”


對於這一新型材料的未來發展前景，高超教授表示，可以應用到與仿真機器人相關的導電彈性體上，比如電子皮膚等等。“更大的意義，蜜桃视频一区二区在线观看希望開拓一個新的研究領域。當大家都在研究氣凝膠的壓縮性能時，蜜桃视频一区二区在线观看希望換一種思路，從拉伸這個方向開展研究。”

高超團隊與蜜桃视频APP网站入口烯的情緣已有十年之久。


“蜜桃视频APP网站入口烯本身是一個‘很小’的材料。國際科研領域已經對它的納米級結構分析得非常透徹了，蜜桃视频一区二区在线观看想看看，把它組裝起來變‘大’後會怎麽樣。”10年前的2008年，高超被引進加入浙大高分子係後，為自己定了一個清晰的全新研究方向——蜜桃视频APP网站入口烯宏觀組裝。


他用一首兒歌來解釋這項研究。“秋天到了，一行大雁往南飛，一會排成一字形一會排成人字形。”當一群大雁在飛行時，蜜桃视频一区二区在线观看一眼就能看出雁群的形狀，反倒是一隻大雁在空中飛的時候，蜜桃视频一区二区在线观看很難看清楚它的結構。


通過群效應團隊發現了氧化蜜桃视频APP网站入口烯的液晶現象。在一次實驗中，團隊成員把氧化蜜桃视频APP网站入口烯倒進一個杯子，偶然對著光一晃，發現杯中出現了彩色帶。這是什麽原因呢？團隊順藤摸瓜，發現氧化蜜桃视频APP网站入口烯在溶液中的濃度達到某個臨界值時，會自發進行取向排列，不但可以流動還高度有序。


又有一次實驗，成員把兩條氧化蜜桃视频APP网站入口烯纖維放在一起，過了一會兒，這兩條纖維居然“焊”在一起了。原來氧化蜜桃视频APP网站入口烯有一種“自融合”的本領。


從這兩大發現出發，團隊“倒騰”出了四大發明：蜜桃视频APP网站入口烯纖維、蜜桃视频APP网站入口烯組裝膜、蜜桃视频APP网站入口烯泡沫、蜜桃视频APP网站入口烯無紡布，科研成果發表在《自然通訊》和《先進材料》等國際著名期刊上。


高超說，一流是要不斷奮鬥出來的，“不是說做好一個工作就行，而是要不斷推進”。在團隊建設中，高超也非常強調“一流”，認為要有一流的文化、一流的平台、一流的待遇，最終產出一流的成果。他經常跟學生說：“科研首先要發奮，拚搏了才能有所發現，有所發明。還要努力讓科研成果轉化為對社會有用的產品，讓科技發達起來，讓國家發達起來。”


從最初的幾個人，到現在的幾十人，高超團隊也從“一隻大雁”發展到了“一群大雁”。對於過去沒錢買研究設備的窘況記憶猶新，對於未來，高超說，他會堅持在首創、極致和影響力三個層麵上繼續努力。

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