【新聞中心訊】燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田永君課題組的趙智勝教授等人與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作，在新穎性能組合的碳材料研究中取得重要進(jìn)展。研究成果以“Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network”（壓縮玻璃碳：一種超強(qiáng)彈性交聯(lián)的石墨烯網(wǎng)格）為題在線發(fā)表在2017年6月9日的Science Advances上。Science Advances是Science的第一個(gè)綜合性子期刊。

壓縮玻璃碳(Com.GC)的硬度、彈性恢復(fù)率和比強(qiáng)度

左插圖為合成樣品，右插圖為結(jié)構(gòu)示意圖

碳具有石墨、金剛石、富勒烯、碳納米管、石墨烯等多種同素異形體。眾所周知，石墨在高壓下可以直接轉(zhuǎn)變成超硬的金剛石。對(duì)于高溫高壓截獲的亞穩(wěn)相，其晶體結(jié)構(gòu)往往跟初始前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)、壓力溫度條件以及加載或卸載方式密切相關(guān)，這為探索新奇的碳材料提供了機(jī)會(huì)。在該項(xiàng)研究中，研究者們以玻璃碳為初始原料，利用高壓配合較溫和的溫度條件合成出了一種新型碳的同素異形體。由于它保留了玻璃碳的一些結(jié)構(gòu)特征，故被研究者命名為“壓縮玻璃碳”。前人在玻璃碳的高壓研究中曾發(fā)現(xiàn)：室溫冷壓所獲得的亞穩(wěn)態(tài)碳結(jié)構(gòu)在卸壓后將變回到玻璃碳；在高壓高溫條件下，玻璃碳最終將轉(zhuǎn)變成金剛石。而在該項(xiàng)研究中，研究者們采用的壓力和溫度條件卻不足以使玻璃碳轉(zhuǎn)變成金剛石。

壓縮玻璃碳同時(shí)具備石墨和金剛石的成鍵特征，是一種由sp2和sp3混合雜化的新型碳材料。在高壓合成環(huán)境下，玻璃碳內(nèi)部無(wú)序的層狀石墨烯通過(guò)多種方式彎曲、鍵合、交聯(lián)在一起，形成了一種長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的空間架構(gòu)。這種碳材料具有奇異的性能組合：密度和導(dǎo)電性與石墨相近；壓縮強(qiáng)度明顯高于金屬和陶瓷材料，比強(qiáng)度達(dá)碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度與寶石相當(dāng)，可刻劃碳化硅單晶；局部變形的壓入彈性恢復(fù)率在70%以上，也明顯高于金屬和陶瓷材料，甚至高于形狀記憶合金和有機(jī)橡膠。壓縮玻璃碳集輕質(zhì)、超強(qiáng)、高硬、高彈和良好導(dǎo)電性于一身，在軍事和航空航天等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

康奈爾大學(xué)Lynden A. Archer教授在Science雜志的“This Week in Science”專欄以“From glassy carbon to mixed carbon”為題進(jìn)行了亮點(diǎn)介紹，文中指出“sp2和sp3共存的碳材料是材料學(xué)家夢(mèng)寐以求的”，“本研究確立了創(chuàng)造以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的性能組合的碳基塊材路線圖”。Science alert、Nano Today、IEEE Engineering 360、Carnegie Institution for Science、Wissenschaft aktuell、Russia News Today、參考消息等國(guó)內(nèi)外幾十家新聞媒體進(jìn)行了報(bào)道和轉(zhuǎn)載。國(guó)家自然科學(xué)基金委網(wǎng)站也以“燕山大學(xué)在碳材料研究中取得重要進(jìn)展”為標(biāo)題對(duì)這項(xiàng)工作進(jìn)行了報(bào)道。

該成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。（編輯/劉蕊）