超轻超弹耐极温！中国科学家研制有望用于外太空探测的“碳弹簧”
轻似海绵 ， 弹性伸缩如弹簧 ， 可耐从-100℃到350℃的极端温度……提起碳材料 ， 人们往往会想起煤炭、石墨、金刚石 ， 近期中国科学技术大学俞书宏院士团队受人类“足弓”和“弓弩”等结构启发 ， 研制出一种微结构如煎饼果子里的“薄脆”、名为“碳弹簧”的新型碳材料 ， 被认为是制造智能磁性和振动传感器的理想材料 ， 有望用于外太空探测 。
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碳以多种形式存在于地球 ， 天然碳材料“刚而不柔” ， 优点是轻、硬、耐高温 ， 缺点是脆 。 人工合成的多孔碳材料是国际研究热点 ， 其中最出名的是石墨烯 ， 多孔碳能导电 ， 但“脆”仍制约其应用 。
【振动|?超轻超弹耐极温！中国科学家研制有望用于外太空探测的“碳弹簧”】为了让多孔碳“刚柔并济” ， 俞书宏团队巧妙借鉴人类“足弓”结构 。
“人的脚是骨骼、肌腱、肌肉等组成的拱形结构 ， 坚固、轻巧、弹性好 ， 能承受压力、缓冲震荡 ， 给我们启发 。 ”俞书宏介绍 ， 近期他们用双向冰模板技术 ， 构筑出一种由“微拱结构”堆叠成的多孔碳材料 。
经检测 ， 这种新材料柔韧性极佳 ， 被拉长至1.2倍或压缩至五分之一 ， 仍可回弹复原 ， 还可耐受从-100℃到350℃的温度 ， 实现远超天然碳材料的超强性能 。
研究人员将其命名为“碳弹簧” ， 并用它研制出新型磁性和振动传感器 ， 前者可探测到0.4毫特斯拉的微小磁场 ， 后者可检测每秒1000次、振幅0.5%的高频微小振动 ， 包括模拟地震波 。
“这两种传感器能在极温下工作 ， 使其应用于外太空探测成为可能 。 ”中科大副研究员高怀岭展望说 ， 比如探测地外星球的磁场强度、地壳运动、地质结构等 。
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有趣的是 ， 通过原位扫描电镜观察 ， “碳弹簧”内部的“波浪形”层叠结构 ， 很像煎饼果子里的薄脆 。 为何薄脆很“脆” ， “碳弹簧”却很韧？据悉 ， “碳弹簧”的内部微拱形单元厚度仅约100纳米 ， 跨度却达到约100微米 ， 上千倍的“跨度厚度比” ， 是其“刚柔并济”的秘密所在 。
日前 ， 国际知名学术期刊《先进材料》发表了该成果 。
来源：新华视点
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