新型超强韧石墨烯材料有望替代碳纤维

新华社华盛顿5月9日电(记者周舟)一个由中美科学家组成的国际团队开发出一种超韧、高导电性的石墨烯复合膜，这种复合膜可以在室温下以低成本制备，有望取代目前广泛使用的碳纤维材料。

发表在最新一期《美国国家科学院院刊》上的研究表明，北京航空航天大学的程群峰教授的研究小组和达拉斯德克萨斯大学的雷·鲍曼(Ray Bowman)的研究小组受到天然珍珠母的机械结构的启发，制备了微结构类似于珍珠母的有序层状石墨烯结构。

程群峰告诉新华社记者，将石墨烯片机械堆叠成更厚的宏观材料需要时间和精力。例如，制备具有人发厚度的石墨烯薄膜需要堆叠150，000层单层石墨烯，并且片之间的界面作用弱且机械性能差。

珍珠母具有高强度和高韧性的力学性能，这主要是由于其内部规则的层状结构和丰富的界面效应，如离子键、共价键、氢键等。研究人员用化学制剂代替机械堆积来制备材料。他们借鉴了“珍珠母”的分层连接方法，通过在氧化石墨烯层之间引入具有不同键(如共价键和共轭键)的交联分子，石墨烯纳米片被牢固地“缝合”在一起，从而产生了一种坚固且完整的高导电性石墨烯薄膜。

程群峰表示，这种薄膜材料的拉伸断裂强度是普通石墨烯薄膜的4.5倍，韧性是后者的7.9倍。

研究人员表示，传统碳纤维材料的制备条件需要超过2500摄氏度，但新材料可以在低于45摄氏度的室温下制备，强度相当于碳纤维复合材料，成本较低，易于实现商业化规模制备。

程群峰表示，低成本、低温、高性能的多功能石墨烯纳米复合材料在航空航天、汽车、柔性电子器件等领域具有广阔的应用前景。

记者鲍曼说，该薄膜有望最终取代用于飞机、汽车和其他设备的碳纤维复合材料。