記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士研究團隊與梁海偉教授課題組合作，通過熱解化學(xué)控制，將結(jié)構(gòu)生物材料熱轉(zhuǎn)化為石墨碳納米纖維氣凝膠，其完美地繼承了細菌纖維素從宏觀到微觀的層次結(jié)構(gòu)，具有顯著的熱機械性能，并實現(xiàn)了大規(guī)模合成。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進材料》上。
具有超彈性和抗疲勞性的輕質(zhì)可壓縮材料，是航空航天、機械緩沖、能量阻尼和軟機器人等領(lǐng)域的理想材料。許多低密度的聚合物泡沫是高度可壓縮的，在重復(fù)使用時往往易疲勞，并在聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變和熔融溫度附近發(fā)生超彈性退化。碳納米管和石墨烯雖具有固有的超彈性和熱機械穩(wěn)定性，但涉及的復(fù)雜設(shè)備和制備過程使其只能制備毫米級尺寸的材料。另一方面，大自然中從幾億年進化而來的復(fù)雜層次結(jié)構(gòu)生物材料，因其優(yōu)異的力學(xué)性能而備受關(guān)注，然而由于它們是純有機或有機/無機復(fù)合結(jié)構(gòu)，通常只適合在很窄的溫度范圍內(nèi)工作。因此，將這些非熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)生物材料轉(zhuǎn)化為具有固有層次結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定石墨材料，有望創(chuàng)造出熱力學(xué)穩(wěn)定的材料。
該團隊發(fā)展了一種利用無機鹽對細菌纖維素進行熱解化學(xué)調(diào)控方法，實現(xiàn)了大規(guī)模合成、形態(tài)保留的碳化新工藝，研制的碳納米纖維氣凝膠較好地繼承了細菌纖維素從宏觀到微觀的層次結(jié)構(gòu)，在較寬的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出明顯的不隨溫度改變的超彈性和抗疲勞性能。由于碳納米纖維氣凝膠具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定機械性能并可實現(xiàn)宏量制備，在諸多領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾膽?yīng)用前景，特別是適合極端條件下的機械緩沖、壓力傳感、能量阻尼及航天太陽能電池等。