三维石墨烯材料的制备及微观结构

具有较大可逆形变功能的弹性材料在各种工程应用中具有广泛需求。然而，目前几乎所有高弹性材料的弹性及力学性能都会受到温度影响，无法在外太空等深低温环境下保持材料的优良性能。

近日，南开大学化学学院教授陈永胜团队联合美国莱斯大学研获了一种新型三维石墨烯材料，该材料可在4K(约-269℃)深低温到1273K(约1000℃)高温区间保持良好的稳定性和高弹性。相关研究结果发表于《科学进展》。

既往研究显示，具有压缩弹性的三维石墨烯材料在室温下具有大形变量可回复的弹性变形能力，且当材料被浸于液氦中(77K，约-196℃)或900℃的惰性气氛中，该材料的力学行为同样表现。

陈永胜团队研获的三维石墨烯材料，由无序排列的单层石墨烯片通过共价键化学交联而构成，在低至液氦温区的极端低温条件下具有与室温下相同的力学性能，包括高度可回复的超级弹性、不变的杨氏模量、近零泊松比以及出色的抗疲劳性能。

通过自主搭建的力学性能测试系统，研究人员精确、系统地测试了在4~1273K(约-269~1000℃)温度范围内，三维石墨烯材料的各项力学性能。此外，团队利用改造的扫描电子显微镜和原位变温样品台，获得了三维石墨烯材料在极端低温和高温条件下压缩—回弹过程中微观结构的变形特征，并通过理论模型计算验证，阐明了这一新型材料温度不变性源于石墨烯特有的sp2杂化的二维碳原子平面晶体结构。

研究人员指出，石墨烯和三维石墨烯材料显著的力学稳定性，使其成为深低温条件下的最佳研究对象，此次研获的新型“太空海绵”在航天装备制造等领域具有良好应用前景。