【成果简介】

  近日，兰州大学土木工程与力学学院在三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展，先后在国际材料工程领域顶级刊物Advanced Materials 发表论文2篇，在美国化学学会旗下材料科学Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces 发表论文一篇。三篇文论题目分别为：“Flyweight, Superelastic, Electrically Conductive and Flaming Retardant 3D Multi-NanolayerGraphene/Ceramic Metamaterial”、“Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio”和“Flyweight 3D graphene scaffolds with micro-interface barrier derived tunable thermal insulation and flame retardancy”。该校张强强副教授为论文第一作者（其中一篇为共同一作），兰州大学作为其中两篇通讯单位。

  【图文导读】

  图1 密度为10 mg/cm3的GSs的微观结构表征

  （a）GSs的光学照片。

  （b）rGSs的SEM横断面形貌。

  （c）图（b）中蜂窝结构的放大图。

  （d）石墨烯片间π-π作用形成的蜂窝状单元，其孔的尺寸约为35 μm。

  （e）纵向微观图。

  （f）微观结构图，壁之间间距为30±5 μm。

  图2 氧化的GSs的阻燃及热绝缘应用

  （a）燃烧前后的机械性能。

  （b）燃烧及施压处理过程。

  （c）燃烧过程的拉曼表征。

  （d）温度记录仪记录在热盘上的氧化的GSs和rGSs的温度分布。

  【研究内容】

  石墨烯（Graphene）独特的晶体结构赋予了其优异的力、电、光、热等性能，吸引全球科学家的研究兴趣。“如何在大尺度制备石墨烯的宏观构筑体”是目前材料、物理、力学等学科重要的热点领域之一，对于推动石墨烯微纳尺度优异特性在宏观大尺度利用和多功能化发展具有重要的意义。兰州大学青年教师张强强副教授与哈尔滨工业大学李惠教授、普渡大学Tim Fisher 和Gary Cheng教授等人开展合作，并依托西部灾害与环境力学教育部重点实验室在功能材料方向的研究平台，开展了基于仿生机制三维石墨烯超材料自然干燥可控制备、可调控泊松比效应探索、微界面调变超绝热特性，以及超弹性和力学增韧强化的纳米陶瓷/石墨烯复合材料等方面的研究，取得了系列重要研究进展。其中微界面热阻调控实现超绝热和耐火性能的具体研究成果如下：基于设计石墨烯微观上片层组装界面热阻，控制微观骨架的传热路径，增强声子界面定向散射，实现三维石墨烯超轻材料导热系数的可控调变，得到了超轻密度<2mg/cm3低于空气导热系数的超绝热特性~0.0126 W/（m?K）。以及由于微观石墨烯单元高活化能导致的良好耐火特性和力学稳定性。

  该系列研究丰富了石墨烯材料研究方法，发展了基于微观结构设计优化宏观性能的石墨烯超材料研究策略，使其可广泛应用于柔性驱动器、大应变传感器、柔性电极材料、药物传输、超轻保温及防护、航天航空隔热屏蔽等领域。

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