近日：科技5分鐘前
【#仿生超彈性碳材料碳彈簧問世#】感謝從華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏院士團(tuán)隊(duì)成功研制出一種兼具高度可壓縮性和可拉伸性得超彈性全碳多孔材料，研究人員稱其為“碳彈簧”。其獨(dú)特得微觀結(jié)構(gòu)和性能使其成為制造智能振動(dòng)和磁性傳感器件得理想材料，所獲得得傳感器件甚至能夠在品質(zhì)不錯(cuò)溫度環(huán)境下有效地發(fā)揮作用。該研究成果日前發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。
多孔碳材料因其廣泛得應(yīng)用，一直是材料科學(xué)領(lǐng)域得研究熱點(diǎn)。機(jī)械柔韌性是決定其實(shí)際應(yīng)用過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性得關(guān)鍵因素。然而，由于三維多孔得碳網(wǎng)絡(luò)之間連接非常脆弱，如何研制出具有可逆拉伸性能得多孔碳材料仍然是一個(gè)大得挑戰(zhàn)。
此前，研究人員受人類“足弓”得宏觀彈性拱形結(jié)構(gòu)啟發(fā)，借助發(fā)展得雙向冰模板技術(shù)，成功構(gòu)筑了由微拱結(jié)構(gòu)單元有序堆疊構(gòu)成得全碳多孔材料，實(shí)現(xiàn)了高度可壓縮性和超彈性。 通過深入研究表明，引入得這種獨(dú)特得長程有序?qū)訝钗⒐敖Y(jié)構(gòu)，不僅可以解決多孔碳材料得壓縮脆性問題，同時(shí)還可以有效解決其拉伸脆性問題。基于此，研究人員成功研制出這種“碳彈簧”，該碳彈簧可以在-60%至80%得大應(yīng)變范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可逆得拉伸和壓縮形變，并能完全回彈，類似于真正得金屬彈簧，這種彈性特性使其與幾乎所有先前報(bào)道得多孔碳材料區(qū)分開來。此外，研究人員通過結(jié)合原位掃描電鏡觀察和有限元模擬，證實(shí)了其彈性變形機(jī)制。
該磁性碳彈簧也可被用作關(guān)鍵部件，進(jìn)而制造成了一種新型得磁性傳感器件。研究結(jié)果表明，該磁性傳感器可靈敏地探測到小至0.4 mT得微小磁場。令人印象深刻得是，這兩種傳感器件均可以在-100 ℃到350 ℃得品質(zhì)不錯(cuò)溫度環(huán)境中穩(wěn)定地發(fā)揮作用，這種獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其應(yīng)用到外太空探測任務(wù)中成為可能。
該成果提供了一種用于構(gòu)筑新型智能振動(dòng)和磁性傳感器得有效途徑，并為利用其他無機(jī)組分創(chuàng)制能用于品質(zhì)不錯(cuò)場合得高度可伸縮型多孔材料提供了新得策略。（科技5分鐘前感謝 吳長鋒）
