【重磅】碳材料家族新成员：硬度像钻石弹性超橡胶还导电！

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小烯导读

碳材料大家族又添新成员！近日消息，中美研究人员合作开发出了一种超强度轻质碳材料，同时兼具弹性和导电性。具有这种独特的性能组合的材料可以应用于航空航天工程到军事装甲的各种领域。“该研究成果发表在了近期的《Science Advances》杂志上。

在这种新型的压缩玻璃碳中，在弧形表面或石墨烯层（黑色球体）之间形成的不同类型的类金刚石键（红色球体）的可视化。

碳材料大家族又添新成员！近日消息，中美研究人员合作开发出了一种超强度轻质碳材料，同时兼具弹性和导电性。具有这种独特的性能组合的材料可以应用于航空航天工程到军事装甲的各种领域。“

这种碳材料兼备了石墨和金刚石的最佳特性，具有优异的综合性能，”研究负责人之一、燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室赵智胜教授说，“它具有许多潜在应用，如军用装甲和航空航天等领域。”该研究成果发表在了近期的《Science Advances》杂志上。

碳材料家族

碳是看似具有无限可能的元素。这是因为其独特的电子结构，可以有很多种成键方式，可以产生具有不同性质的一系列材料。碳具有多种同素异形体，如石墨、金刚石（钻石）、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、玻璃碳等，其中石墨在压力下可以转变成超硬的金刚石。

通过混合sp2 / sp3的通道观察压缩玻璃碳中的互穿石墨烯网络。 石墨烯片（蓝色球体）在菱形节点（红色球体）处交联。

在新研究中，赵智胜和另一位通讯作者、燕山大学田永君教授等人以玻璃碳为原料，利用高压但比较温和的温度条件合成了新型碳同素异形体。它由玻璃碳压缩获得并保留了玻璃碳的一些特征，研究人员将其命名为“压缩玻璃碳”。

赵智胜说，以前曾有人研究玻璃碳在室温或高温下的高压转变，但制成的碳材料在卸压后又变回了玻璃碳；而在高压高温条件下，玻璃碳就直接转变成了金刚石。最新研究则在中等温度下对玻璃碳加高压，这样既能使玻璃碳发生相变形成新型碳材料，温度又不足以使它变成金刚石。

据介绍，压缩玻璃碳有以下特性：它是与石墨类似的轻质材料，单轴压缩强度是通常金属及合金材料的5倍以上，也远大于一般陶瓷材料；比强度（即强度－重量比）极高，是碳纤维、聚晶金刚石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度极高，可轻松刻划高硬度的碳化硅单晶片；具有很高的弹性恢复性，明显高于普通金属和陶瓷，甚至高于高弹性的形状记忆合金及有机橡胶等；此外还具有导电性。

赵智胜说，他们接下来将进一步研发合成方法，最终目标是研制出超高强度、超高硬度兼具超高弹性的材料。

论文信息：

"Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network," 

Science Advances (2017). advances.sciencemag.org/content/3/6/e1603213 

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