【48812】我国科大研发仿生超弹性碳资料取得新进展

　　多孔碳资料因其广泛的使用，一直是资料科学范畴的研讨热门。机械柔韧性是决议其实践使用过程中结构稳定性和耐久性的重要的条件。经过曩昔几十年的很多研讨，多孔碳资料的紧缩脆性问题得到了很好的处理，多种高度可紧缩的弹性多孔碳资料被成功制备。但是，因为三维多孔的碳网络之间衔接十分软弱，怎么研发出具有可逆拉伸功能的多孔碳资料仍然是一个大的应战。

　　近来，我国科大俞书宏院士团队成功研发出一种兼具高度可紧缩性和可拉伸性的超弹性全碳多孔资料，研讨人员称其为“碳绷簧”。其一起的微观结构和功能使其成为制作智能振荡和磁性传感器材的抱负资料，所取得的传感器材乃至能够在极点温度环境下（-100到350 °C）有用地发挥作用。该研讨成果以“A Highly Compressible and Stretchable Carbon Spring for Smart Vibration and Magnetism Sensors”为题宣布在Advanced Materials上。我校副研讨员高怀岭和博士生王泽宇、崔晨为论文的一起榜首作者。

　　在此之前，该团队的研讨人员受人类“足弓”的微观弹性拱形结构启示，凭借他们开展的双向冰模板技能，成功构筑了由微拱结构单元有序堆叠构成的全碳多孔资料，完成了高度可紧缩性和超弹性（Nat. Commun. 2016, 7, 12920）。近来，他们再次从“弓”的弹性变形机制获取创意，经过深入研讨标明，引进的这种一起的长程有序层状微拱结构，不光能够处理多孔碳资料的紧缩脆性问题，一起还能够有用处理其拉伸脆性问题。基于此，研讨人员成功研发出这种“碳绷簧”，该碳绷簧能够在-60%至80%的大应变范围内完成可逆的拉伸和紧缩形变，并能彻底回弹，类似于真实的金属绷簧，这种弹性特性使其与简直一切从前报导的多孔碳资料区别开来（图1）。此外，研讨人员经过结合原位扫描电镜调查和有限元模仿，证明了其弹性变形机制。

　　鉴于该碳绷簧的一起变形机制和机械功能，以及杰出的导电性，研讨人员将其作为核心部件，成功研发了可检测细小振荡的应变传感器材，其应变检测限至少为±0.5%，可检测的最高振荡频率至少为1000 Hz，并能对多种杂乱的振荡模式做出活络的呼应，这中心还包含模仿的地震波振荡（图2a-f）。此外，研讨人员经过预先将Fe3O4纳米粒子共组装到资料结构中，然后取得了可被磁场驱动的磁性碳绷簧。该磁性碳绷簧也可被用作核心部件，从而制作成了一种新式的磁性传感器材。研讨依据成果得出，该磁性传感器可活络地勘探到小至0.4 mT的细小磁场（图2g-k）。令人形象十分深入的是，这两种传感器材均能够在-100 ℃到350 ℃的极点温度环境中稳定地发挥作用，这种一起优势使其使用到外太空勘探使命中成为可能。

　　该作业供给了一种用于构筑新式智能振荡和磁性传感器的有用途径，并为使用其他无机组分创制能用于极点场合的高度可弹性型多孔资料供给了新的战略。

　　这项研讨得到了国家自然科学基金立异研讨集体赞助项目、国家自然科学基金、中科院前沿重点项目、中心高校根本科研业务费专项基金、安徽省高校协同立异项目和中科大同步辐射联合基金的赞助。