科學家開發(fā)出石墨烯材料的超強結構

　　許多科學家認為石墨烯是有史以來最有潛力的材料之一。原子厚的碳原子鏈是強的、輕的，并且在能量儲存、污染清除、防水涂層等方面都有應用。

　　雖然石墨烯自從20世紀40年代以來一直都在研究，但是科學家在將其構造成三維層次上的有用結構形式方面遇到了相當大的困難。但現(xiàn)在，麻省理工學院的科學家已經(jīng)想出如何將石墨烯建成有用的三維形狀，具有比鋼更輕和更堅固的潛力。

　　新的研究標志著材料向前邁出了重要的一步。六角形結構基本上是“未卷繞的”碳納米管，僅為原子厚度，通常僅在二維水平上起作用。盡管存在這種限制，但石墨烯比鋼鐵強100多倍，并且將二維強度轉換為可用于三維建筑材料的結構一直是石墨烯研究人員多年來的愿望?，F(xiàn)在，科學家可能將這種轉變轉為現(xiàn)實。

　　科學進展雜志發(fā)表了MIT研究的結果，描述了研究人員如何創(chuàng)造一種多孔的三維石墨烯材料。在石墨烯的合成過程中，團隊增加了熱量和壓力，以便將小片石墨烯壓縮在一起，產(chǎn)生類似于珊瑚的一種單細胞藻類的復雜海綿狀結構。這些結構雖然不是非常致密，但具有大的表面積，并且非常強;一個石墨烯樣品僅具有鋼的5%的密度，但是是10倍的強度。

　　研究人員希望他們能夠創(chuàng)造有用的石墨烯結構，其實際上比空氣輕，但是在原子級的計算機建模中發(fā)現(xiàn)，這種結構將被外部空氣壓力壓碎。但科學家確實創(chuàng)建了稱為螺旋線的復雜幾何結構的放大3D打印模型，理論上可以形成一類新的超強和輕質(zhì)材料的基礎，這些材料甚至不必局限于石墨烯。

　　“你可以用任何東西替換材料，”研究的主要作者Markus Buehler在麻省理工學院的一份聲明中說。“幾何是主導因素，它有可能改變許多事情。”

　　理論上，在微觀水平上使用這些陀螺形狀設計的石墨烯甚至可以比該團隊能夠產(chǎn)生的最強的多孔石墨烯材料更強。

　　研究合作者趙欽(音譯)在聲明中說，“一旦我們創(chuàng)建了這些三維結構，我們就想看看什么是極限?什么是我們可以生產(chǎn)的最強的材料?”

　　麻省理工學院研究建立科學家新的工作，如Andre Geim和Knostantin Novoselov，他們以隔離石墨烯贏得了2010年諾貝爾物理學獎。自從他們在2004年第一次推出隔離材料以來，世界各地的科學家開始認真地找出異常材料的實際用途。正如Pete Spotts在2010年10月的基督教科學監(jiān)測報告所寫的那樣：石墨烯本質(zhì)上是一個二維晶體，原子整齊排列成看起來像雞絲的圖案。一旦獲獎者展示了如何從一塊石墨中分離出一層石墨烯，材料科學家們就迅速找到了它們的視線。

　　隨后的工作已經(jīng)證明，薄的材料比鋼至少強100倍，比銅更有效地導電，是已知的高度柔性的、最透明的材料，并且在傳導熱方面是非常有效的。

　　“石墨烯有可能改變你的生活方式，就像塑料一樣，”Andre Geim說道。在諾貝爾委員會宣布下，他和同事Knostantin Novoselov已經(jīng)贏得了150萬美元的獎金。

　　現(xiàn)在，在原子薄石墨烯規(guī)模上創(chuàng)建理想強的陀螺的能力可能超過當前任何制造方法。但麻省理工學院的研究人員希望，有一天，從研究中獲得的幾何知識可以用于創(chuàng)造更強的建筑材料，從個人設備到建筑物。

　　布朗大學工程教授Huajian Gao說，“計算建模與基于3D打印的實驗的組合是本文中使用的一種強有力的新方法。在3D打印的幫助下，在宏觀實驗中，看到最初從納米級模擬中得到的尺度定律重現(xiàn)。”