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強韌碳纖維可以由氧化石墨烯片可“紡出”?

鉅大LARGE  |  點擊量:1369次  |  2018年05月21日  

  據物理學家組織網7月8日報道,美國萊斯大學的研究人員用大塊的氧化石墨烯薄片為基本原材料,“紡織”出了強韌的碳纖維,當承受拉力時,其打結處與纖維的其他部分一樣不易被拉斷,輕型飛機、防彈衣面料等都可以用這種碳纖維來制造以增加強度。該研究成果8日發表在《先進材料》雜志網絡版上。

  大部分纖維在受到拉力時,打結的地方極有可能出現斷裂,但新型碳纖維的獨特之處就在于結頭也非常強韌,用研究人員的話說就是,展示出了“100%的結子效率”。“看到這一點非常奇怪,”萊斯大學化學家詹姆斯·圖爾說,“結頭和纖維的其他部分一樣強韌,這種情況以前從未在碳纖維或者聚合物纖維上出現過。”

  這要多虧萊斯大學幾年前申請的一項專利:利用環境友好工藝制造具有獨特性能的氧化石墨烯片。它們的平均直徑為22微米,相當于人類發絲寬度的四分之一,但與目前用于制造碳纖維的石油基瀝青微粒相比,卻算得上龐然大物。“瀝青微粒只有2納米大小,我們的氧化石墨烯片要大上約1萬倍。”研究論文的第一作者、萊斯大學研究生項長勝(音譯)說。

  與瀝青微粒一樣,這些石墨烯片靠弱的范德華力聚攏在一起;但不同的是,只有原子厚的石墨烯片擁有極大的表面積,被拉成纖維后,彼此依附排列,如同魚身上的鱗片一樣。項長勝說,結頭處的強度取決于纖維的彎曲系數,“由于氧化石墨烯的彎曲系數非常低,好似結頭根本不存在”。

  圖爾說,工業碳纖維這種強度類似鋼的超輕材料應用范圍十分廣泛,從棒球棍到自行車再到轟炸機,不一而足,但幾十年來其性能卻沒有多大改善,原因在于其中應用到的化學條件已經接近極限。而這種新型碳纖維是在室溫條件下“紡織”而成的,并且表現出了令人驚嘆的抗張強度和彎曲系數,在經過高溫退火處理后有可能變得更強韌。

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