2015年9月23日(農(nóng)歷2015年8月11日)，“超級(jí)材料”石墨烯新結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)：輕如氣球硬如金屬。歷史上的今天官網(wǎng)9月23日?qǐng)?bào)道，一項(xiàng)研究報(bào)告稱，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種“超級(jí)材料”，像氣球一樣輕卻像金屬一樣堅(jiān)固，可將其研發(fā)成能夠保護(hù)軍隊(duì)和坦克同時(shí)又能保持兩者機(jī)動(dòng)性的裝甲。據(jù)《上海硅酸鹽所》網(wǎng)站9月23日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究稱，研究人員利用細(xì)小的管狀石墨烯構(gòu)成一個(gè)擁有與鉆石同等穩(wěn)定性的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，從而創(chuàng)造出了這種泡沫狀材料。報(bào)道稱，石墨烯作為一種具有異乎尋常特性的極薄的碳原子材料，近幾年來(lái)吸引了研究人員巨大的興趣。這種材料的強(qiáng)度比同重量的鋼材要大207倍，而且能夠以極高的效率導(dǎo)熱和導(dǎo)電。但是，刊登在《高級(jí)材料》周刊最新一期上的研究報(bào)告稱，這種新材料能夠支撐起相當(dāng)于其自身重量40萬(wàn)倍的物體而不發(fā)生彎曲。一個(gè)這種石墨烯泡沫承受了力度超過(guò)每平方英寸1.45萬(wàn)磅的外力的重?fù)簟獛缀跸喈?dāng)于在世界海洋最深處——約10.9千米深——位于美國(guó)關(guān)島沿海的馬里亞納海溝，即所謂的“挑戰(zhàn)者”號(hào)海淵——的壓力。這個(gè)上海的研究小組稱，他們新創(chuàng)造出的這種材料能夠承受較之以往報(bào)道的石墨烯材料更大的沖擊。報(bào)道稱，這種材料還可以被擠壓成其原始大小的約5%，而且依然能夠恢復(fù)其原來(lái)的形態(tài)，而且即使這一過(guò)程重復(fù)1000次還能保持完好無(wú)損。報(bào)道稱，這種新材料的特性意味著其可以用在防彈衣的內(nèi)部和坦克的表面作為緩沖墊，以吸收來(lái)自射彈(如子彈、炮彈、火箭彈等)的沖擊力。一種堪稱超級(jí)材料的石墨烯新結(jié)構(gòu)和新奇應(yīng)用兼具高比剛度、高比強(qiáng)度、強(qiáng)能量吸收等優(yōu)點(diǎn)的CellularMaterials(多孔材料)，可應(yīng)用于復(fù)合材料、環(huán)境、能源和生物等領(lǐng)域。構(gòu)建密度低于10mg/cm3超輕材料為目前國(guó)際研究熱點(diǎn)，例如金屬(Ni-P)、陶瓷(Al2O3)基等超晶格結(jié)構(gòu)。然而，隨著密度的降低，這些材料的力學(xué)、電學(xué)性能呈指數(shù)(n>2)降低，同時(shí)材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可恢復(fù)形變顯著變差?？茖W(xué)家夢(mèng)寐以求碳基的cellularmaterials，由碳納米管或石墨烯組成，兼具優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能。這要求結(jié)構(gòu)單元(碳管、或石墨烯片之間)由共價(jià)鍵連接，但是難以實(shí)現(xiàn)。最近中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、賓夕法尼亞大學(xué)和北京大學(xué)合作研究，畢輝博士、陳一葦教授和黃富強(qiáng)教授等發(fā)現(xiàn)了一種三維石墨烯管的“超級(jí)材料”(圖1)，屬于一種新型的具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的cellularmaterial，兼具遠(yuǎn)優(yōu)于已有碳材料的強(qiáng)力學(xué)、低密度、高導(dǎo)電等特性。該石墨烯宏觀體的密度可低達(dá)1mgcm-3(連續(xù)可調(diào))，比表面積可高達(dá)1000m2g-1。該三維石墨烯首次由四連接的石墨烯納米管通過(guò)碳碳共價(jià)鍵鍵合，形成類似金剛石的四配位三維穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。圖1三維石墨烯管宏觀和微觀形貌該三維石墨烯管具有高強(qiáng)度，壓縮模量可達(dá)100MPa，可以支撐自身重量的40，000倍，沒(méi)有發(fā)生明顯形變(圖2)，同時(shí)還具有超高彈性，壓縮形變95%以上，循環(huán)1000次后幾乎可完全恢復(fù)，為所有cellularmaterials之最。石墨烯空管材料擁有優(yōu)異的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率可達(dá)70Scm-1，三維石墨烯管可作為性能優(yōu)異的彈性導(dǎo)體，其力學(xué)和電學(xué)性能是目前報(bào)道的多孔石墨烯的1-2個(gè)數(shù)量級(jí)高，可以應(yīng)用于新能源領(lǐng)域。此外，該材料具有超疏水特性，吸附有機(jī)溶劑超快，吸附有機(jī)溶劑達(dá)自身重量的600倍以上，可用于污水處理，如海上漏油等。相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市科委重點(diǎn)基金項(xiàng)目的資助，相關(guān)結(jié)果于材料科學(xué)界權(quán)威的學(xué)術(shù)雜志《先進(jìn)材料》(AdvancedMaterials，DOI:10.1002/adma.201502682)上發(fā)表。圖2三維石墨烯管優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)吸附性能