這種碳材料兼?zhèn)淞耸徒饎偸淖罴烟匦?，具有?yōu)異的綜合性能，”研究負(fù)責(zé)人之一、燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙智勝教授說，“它具有許多潛在應(yīng)用，如軍用裝甲和航空航天等領(lǐng)域。”該研究成果發(fā)表在了近期的《Science Advances》雜志上。

 

碳材料家族

 

碳是看似具有無限可能的元素。這是因?yàn)槠洫?dú)特的電子結(jié)構(gòu)，可以有很多種成鍵方式，可以產(chǎn)生具有不同性質(zhì)的一系列材料。碳具有多種同素異形體，如石墨、金剛石（鉆石）、富勒烯、碳納米管、石墨烯、玻璃碳等，其中石墨在壓力下可以轉(zhuǎn)變成超硬的金剛石。

 

通過混合sp2 / sp3的通道觀察壓縮玻璃碳中的互穿石墨烯網(wǎng)絡(luò)。 石墨烯片（藍(lán)色球體）在菱形節(jié)點(diǎn)（紅色球體）處交聯(lián)。

 

在新研究中，趙智勝和另一位通訊作者、燕山大學(xué)田永君教授等人以玻璃碳為原料，利用高壓但比較溫和的溫度條件合成了新型碳同素異形體。它由玻璃碳壓縮獲得并保留了玻璃碳的一些特征，研究人員將其命名為“壓縮玻璃碳”。

 

趙智勝說，以前曾有人研究玻璃碳在室溫或高溫下的高壓轉(zhuǎn)變，但制成的碳材料在卸壓后又變回了玻璃碳；而在高壓高溫條件下，玻璃碳就直接轉(zhuǎn)變成了金剛石。最新研究則在中等溫度下對玻璃碳加高壓，這樣既能使玻璃碳發(fā)生相變形成新型碳材料，溫度又不足以使它變成金剛石。

 

據(jù)介紹，壓縮玻璃碳有以下特性：它是與石墨類似的輕質(zhì)材料，單軸壓縮強(qiáng)度是通常金屬及合金材料的5倍以上，也遠(yuǎn)大于一般陶瓷材料；比強(qiáng)度（即強(qiáng)度－重量比）極高，是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度極高，可輕松刻劃高硬度的碳化硅單晶片；具有很高的彈性恢復(fù)性，明顯高于普通金屬和陶瓷，甚至高于高彈性的形狀記憶合金及有機(jī)橡膠等；此外還具有導(dǎo)電性。

 

趙智勝說，他們接下來將進(jìn)一步研發(fā)合成方法，最終目標(biāo)是研制出超高強(qiáng)度、超高硬度兼具超高彈性的材料。

 

論文信息：

 

"Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network," 

 

Science Advances (2017). advances.sciencemag.org/content/3/6/e1603213