信息來源：Communications physics

第一作者：Martin ?ilhavík

通訊作者：

捷克科學院光子與電子研究所 Marek Piliarik

捷克科學院物理研究所 Ji?í ?ervenka

文章鏈接:  https:///10.1038/s42005-022-00806-5

成果簡介

Marek Piliarik和Ji?í ?ervenka團隊制備了共價交聯(lián)的石墨烯氣凝膠，該多孔碳材料表現(xiàn)出特異的彈性力學特性，能夠在前所未有的大范圍的應變和應力下被快速彈性壓縮和拉伸，此外，其快速力學響應和納秒阻尼表現(xiàn)出宏觀材料中近乎完美的彈性碰撞和機械波傳播。這項研究為建造堅固靈活的超輕材料、超高速振動減震器、傳感器和可穿戴電子設備提供了新思路。該研究成果以“Anomalous elasticity and damping in covalently cross-linked graphene aerogels”為題發(fā)表在《Communications physics》期刊上。

材料的彈性是一種現(xiàn)象，它為工程、醫(yī)學和電子學中廣泛的實際應用提供了基礎。大多數(shù)傳統(tǒng)材料只能承受彈性極限內(nèi)的小變形，通常低于其原始尺寸的5 %。本研究報道了一種由共價交聯(lián)的石墨烯薄片制成的石墨烯氣凝膠，其表現(xiàn)出高達92 %的壓縮應變和68 %的拉伸應變的異常超彈性行為。結(jié)果表明，石墨烯氣凝膠具有非線性應力-應變特性，壓縮屈服強度為4.5 GPa，拉伸屈服強度為0.6 MPa。通過考慮石墨烯薄片的彈性彎曲和孔壁的屈曲折疊，我們建立了一個定量的折紙模型來描述氣凝膠的應力-應變行為。此外，對石墨烯氣凝膠的機械振蕩進行了分析，在50-250 ns的時間尺度內(nèi)觀察到超快的振動阻尼。研究表明，在具有原子薄孔壁的多孔材料中，超彈性和超快阻尼的異常共存，是胡克定律描述的體積彈性材料中不會出現(xiàn)的現(xiàn)象。

圖1 a 交聯(lián)石墨烯氣凝膠制備工藝示意圖；b 石墨烯氣凝膠多孔結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖，還原的氧化石墨烯氣凝膠(RGOA)和退火的氧化石墨烯氣凝膠(GA)的X射線光電子能譜；d石墨烯氣凝膠退火前后的拉曼光譜