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雙層石墨烯轉化成新材料能抵擋子彈!

鉅大LARGE  |  點擊量:1743次  |  2018年06月13日  

導讀

最近,美國紐約市立大學開發出一種制造新材料“diamene”的工藝,diamene是一種柔韌的分層石墨烯薄片,短時間內比鉆石更硬,對于任何沖擊來說幾乎堅不可摧。

背景

石墨烯,是一種具有眾多卓越特性的二維材料,它具有單層碳原子組成的蜂窩狀結構,厚度僅是人類發絲直徑的百萬分之一,而強度卻勝過鋼鐵百倍,導電性能卻勝過銅,所以非常適合用于電子器件。對于石墨烯的相關特性和用途介紹,筆者在之前很多篇文章中都有過提及,這里就不一一贅述了。

今天,讓我們想象石墨烯的另外一種奇特的用途:將它制成一種柔韌且輕量的金屬薄片,而且變得足夠堅硬,甚至可以抵擋得住子彈的沖擊。

創新

在一篇發表于《自然納米技術》的論文中,美國紐約市立大學(CUNY)描述了一種制造新材料“diamene”的工藝。diamene是一種柔韌的分層石墨烯薄片,短時間內比鉆石更硬,對于任何沖擊來說幾乎堅不可摧。

技術

紐約市立大學研究生中心高級科學研究中心(ASRC)的科學家們致力于雙層石墨烯的理論化和測試。每一層石墨烯只有一個原子的厚度,可在室溫條件下轉化為類似鉆石的材料,且經受得住猛烈的沖擊。團隊也發現,在發生這種轉化的時刻,會引發電流突然減少,這也說明diamene的電子和自旋電子特性也非常吸引人。

ASRC物理學教授以及項目的領導研究員ElisaRiedo表示,這是有史以來具有鉆石般硬度且最薄的膜。之前,當我們測試石墨或者單層石墨烯時,我們會施加壓力,感受到的薄膜是非常柔軟的。但當石墨薄膜只有兩層厚度,突然間我們意識到這種材料受到壓力時,將變得極度堅硬,甚至比鉆石更硬。

研究團隊成員、CUNY斯塔滕島學院的化學系副教授AngeloBongiorno開發出了制造diamene的理論。當給兩層蜂巢狀的石墨烯層(通過不同的配置對齊)施加壓力時,他和同事們使用微型計算機為潛在的結果建模。然后,Riedo和其他團隊成員然后使用原子力顯微鏡,為處于碳化硅襯底上的兩層石墨烯施加局部壓力,而且發現與計算結果完全一致。實驗和理論都顯示,這種石墨烯向鉆石的轉變不會發生于兩層以上或者單層的石墨烯層。

Bongiorno,石墨和鉆石都完全由碳原子組成,但是碳原子在這兩種材料中的排列方式不同。如下圖所示,一個光亮堅硬,一個烏黑柔軟。因此,它們在硬度、柔韌度和導電程度等方面都具有不同的特性。

價值

研究人員的新技術讓他們可以操控石墨,使其在特殊條件下,發揮有益特性。這項新發現將很可能應用于耐磨的防護涂層以及超輕防彈膜。

另外根據研究論文,研究團隊的工作成功地為研究二維材料中石墨到鉆石的相變,開啟了新的可能性。未來的研究將探索新方法,用于穩定這種轉化以及產生出的材料的進一步應用。

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