高明团队研宣布高度可拉伸全碳气凝胶弹性体
来源:中国证券报网 发表于2019-07-05 18:19:14 编辑:鹿晗
摘要: 在80后90后的幼年回忆中,有一个闻名的前史故事,司马光砸缸。当陶土做的水缸被石块砸了一下,就破了一个洞,水流出来了,掉在缸里的孩子也得救了。

  在80后90后的幼年回忆中,有一个闻名的前史故事,司马光砸缸。当陶土做的水缸被石块砸了一下,就破了一个洞,水流出来了,掉在缸里的孩子也得救了。

  而关于女孩子来说,跳皮筋是洋溢着愉快笑声的团体游戏,在牛皮筋的一勾一拉中,旋转,跳动,不停歇。

  这两个幼年回忆,其实包含着一个天然界的普遍规律,玻璃、陶瓷这样的无机资料一般都是又脆又硬的,没有什么弹性,而橡胶这类的有机资料耐性好,弹性足,可以重复拉伸。

  怎么让无机资料变得像有机资料那样可以回弹,是世界许多科学家的尽力方针。

  这其间就有浙江大学高分子科学与工程学系的高明教授团队。最近,他们的研讨取得了突破性展开,规划制备出了高度可拉伸的全碳气凝胶弹性体,而且表现出优异的功能,往后有望使用在柔性器材、智能机器人及航空航天等多个范畴。

  论文宣布在世界闻名期刊《天然通讯》,一同榜首作者为博士生郭凡、姜炎秋,通讯作者为许震特聘研讨员、高明教授。

  打破物质的赋性

  资料科学的展开一向与人类文明密切相关。现如今咱们现已具有了各式各样的资料。但是让科学家烦恼的是,无机资料耐高低温但没有弹性,有机资料有弹性却又不耐高低温。

  假如能研讨出一种无机资料,在坚持耐高低温的一同具有必定的弹性,该多好啊。“这样就能扩展资料的使用范围。咱们做科学研讨便是要打破物质的赋性,这样才干发现新功能,寻觅新用处。”

  研讨团队在研发这一新资料时,聚集的无机物资料为碳。由于碳所特有的导电功能,为未来使用供给了更多可能性。他们发现,高分子弹性体,比方橡胶,分子是链状结构,就像柔软的棉线团,有许多缠结的当地可以被摆开,当外力去除,这些高分子的“棉线”又从头缠结变成线团。无机物之所以不能拉长再回弹,便是由于没有相似的结构。

  这时分,高明团队搬出了他们的研讨老同伴,石墨烯。他们期望能在“一片片”的石墨烯中制造出一些褶皱,将高分子的可拉伸“线团结构”拓宽成为石墨烯中可拉伸的“纸团结构”,来进步石墨烯的延展性。

  团队学习生物学理念,从肌肉和关节的拉伸中寻觅答案,规划出相似传统拉缩式灯笼的结构,并用3D技能打印出来,经过限位紧缩定型,构成一些“褶皱”。这时分,石墨烯资料可以拉伸100%。

  持续拉伸,石墨烯的“一片片”分子结构之间就会呈现裂纹。怎么办?团队引入了别的一种纳米资料——碳纳米管,在石墨烯的片层之间打上“补丁”。这样一来,石墨烯就可以拉伸200%了。

  高明教授说,这种全碳气凝胶弹性体具有优异的抗疲劳功能,在拉伸200%的状态下,可安稳循环至少100圈;在100Hz、1%应变的状态下,可安稳循环至少百万次。“之前一些研讨是在有机资料上涂一层无机资料,以此来完结可拉伸。咱们这套办法是改变了资料的自身特性。”

  关于这一新型资料的未来展开前景,高明教授表明,可以使用到与仿真机器人相关的导电弹性体上,比方电子皮肤等等。“更大的含义,咱们期望开辟一个新的研讨范畴。当咱们都在研讨气凝胶的紧缩功能时,咱们期望换一种思路,从拉伸这个方向展开研讨。”

  从一只雁到一群雁

  高明团队与石墨烯的情缘已有十年之久。

  “石墨烯自身是一个‘很小’的资料。世界科研范畴现已对它的纳米级结构剖析得十分透彻了,咱们想看看,把它拼装起来变‘大’后会怎么样。”10年前的2008年,高明被引入参加浙大高分子系后,为自己定了一个明晰的全新研讨方向——石墨烯微观拼装。

  他用一首儿歌来解说这项研讨。“秋天到了,一行大雁往南飞,一会排成一字形一会排成人字形。”当一群大雁在飞行时,咱们一眼就能看出雁群的形状,反倒是一只大雁在空中飞的时分,咱们很难看清楚它的结构。

  经过群效应团队发现了氧化石墨烯的液晶现象。在一次试验中,团队成员把氧化石墨烯倒进一个杯子,偶尔对着光一晃,发现杯中呈现了彩色带。这是什么原因呢?团队顺藤摸瓜,发现氧化石墨烯在溶液中的浓度到达某个临界值时,会自发进行取向摆放,不光可以活动还高度有序。

  又有一次试验,成员把两条氧化石墨烯纤维放在一同,过了一瞬间,这两条纤维竟然“焊”在一同了。本来氧化石墨烯有一种“自交融”的身手。

  从这两大发现动身,团队“倒腾”出了四大创造:石墨烯纤维、石墨烯拼装膜、石墨烯泡沫、石墨烯无纺布,科研效果宣布在《天然通讯》和《先进资料》等世界闻名期刊上。

  高明说,一流是要不断斗争出来的,“不是说做好一个作业就行,而是要不断推动”。在团队建设中,高明也十分着重“一流”,以为要有一流的文明、一流的渠道、一流的待遇,终究产出一流的效果。他常常跟学生说:“科研首先要奋发,奋斗了才干有所发现,有所创造。还要尽力让科研效果转化为对社会有用的产品,让科技发达起来,让国家发达起来。”

  从开始的几个人,到现在的几十人,高明团队也从“一只大雁”展开到了“一群大雁”。关于曩昔没钱买研讨设备的困境回忆犹新,关于未来,高明说,他会坚持在创始、极致和影响力三个层面上持续尽力。

  科学也可以画中有诗

  关于石墨烯微观拼装研讨,高明本年1月还专门写了一首诗来解说其间的微妙。

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?氧化石墨烯

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?插层氧化银成金,

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?水洗超声片片新。

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?纵是千疮身百孔,

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?拼装修正变烯神。

  高明说,这首诗的粗心便是,氧化石墨烯经过插层、氧化、水洗、超声等进程制得,虽然缺点许多,但可以经过拼装及结构修正构成有重要使用价值的石墨烯微观资料。在他心目中,氧化石墨烯的可塑性太强了,可以在许多范畴派上用场。早些年,他还写过别的一首诗来赞许石墨烯。

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?烯望

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?石陶铜铁竞风流,

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?信息时代硅独秀。

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?量子纪元孰占优,

  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?一片石墨立潮头。

  科研作业很忙,这些著作都是高明使用坐火车乘飞机这样的琐碎时刻完结的。写诗和骈文是高明业余的重要喜好。他以为科学家也可以写风花雪月的诗句,但假如用诗的语言表达科学,更有利于传达科学,也更能发挥科学家的专长。

  “习总书记曾说,科技立异、科学普及是完结立异展开的两翼,要把科学普及放在与科技立异平等重要的方位。我觉得,研讨不能仅仅成为单调的论文,还要让大众可以看懂。”

  他还以为,科学家要多交小朋友,然后进步科学的吸引力和大众的科学鉴赏能力。

  (文 吴雅兰 柯溢能/图片由课题组供给)

  

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