科学家通过整合碳纳米管来增韧石墨烯

纳米管钢筋使石墨烯强度翻倍

通过赖斯大学的材料科学家在电子显微镜下测试后,图像描绘了钢筋石墨烯样品。它显示了裂缝如何以曲折的方式传播,而不是直的,如普通石墨烯所示。钢筋石墨烯由两侧的分子力连接到慢慢拉动材料的平台上。照片由艾米莉哈普岛/娄集团

米饭大学研究人员发现抗骨折“钢筋石墨烯.“韧性是原始石墨烯的两倍多。

石墨烯是一个 -原子- 碳薄片。在二维尺度上,材料比钢更强,但由于石墨烯如此薄,因此仍然需要撕裂和撕裂。

钢筋石墨烯是钢筋(加固杆)的纳米级模拟混凝土,其中嵌入式钢筋增强了材料的强度和耐用性。由2014年化学家詹姆斯巡回赛的大米实验室开发的螺纹钢石墨烯使用碳纳米管进行加固。


仿真展示碳纳米管如何通过用作混凝土中的钢,如加强杆制成石墨烯的两倍。布朗大学的研究人员与赖斯大学的实验主义者合作,展示螺纹钢如何帮助桥梁或重定向石墨烯的裂缝。

在Americanic Enfignce China杂志ACS Nano的一项新研究中,大米材料科学家Jun Lou,研究生和领导作者艾米莉哈普府和合作者,包括旅游,经过压力测试的钢筋石墨烯,发现纳米管钢筋转移和越来越繁殖的桥接裂缝在不良的石墨烯中。

实验表明,纳米管帮助石墨烯保持弹力,并降低裂缝的影响。Lou说,这可能不仅适用于柔性电子器件,而且是电动活跃的可穿戴物或其他设备所需的电源可穿戴设备或其他装置。

棕色大学合作者的实验室的机械测试和分子动力学模拟揭示了材料的韧性。

Lou说,石墨烯的优势导电性使其成为一种强大的设备候选人,但它的脆性是缺点。他的实验室报道两年前,石墨烯只有其最薄弱的联系。这些测试表明,原始石墨烯的强度比其报告的内在强度“显着降低”。在后期的研究中,实验室发现钼百合硒,另一个对研究人员感兴趣的材料也是脆的。

巡回巡回赛及其小组在钢筋石墨烯上进行类似的试验,通过将单壁纳米管旋涂到铜基材上并通过化学气相沉积在它们上面生长石墨烯制成。

对于压力 - 测试钢筋石墨烯,哈普府,杨和同事必须将其拉到碎片并测量应用的力量。通过试验和错误,实验室开发了一种方法来切割材料的显微镜,并将其安装在测试平台上,以用于扫描电子和透射电子显微镜。

“我们无法使用胶水,所以我们必须了解材料与我们的测试设备之间的分子间力量,”哈普普均说。“用材料这个脆弱,真的很难。”

钢筋没有将石墨烯从最终的失败中保留,但是纳米管通过在传播时迫使曲折和ZAG迫使裂缝减缓过程。当力太弱而无法完全破坏石墨烯时,纳米管有效地桥接裂缝,在某些情况下保留了材料的电导率。

在早期的测试中,LU的实验室显示石墨烯具有4兆帕血管的天然裂缝韧性。相比之下,螺纹钢石墨烯的平均韧性为10.7兆卡帕斯。

通过研究共同作者的模拟华佳高,他的棕色证实来自物理实验的结果。高队的队伍在石墨烯中具有有序的钢筋的模拟中的效果相同,因为在具有钢筋指向的物理样本中测量的那些。

“模拟很重要,因为他们让我们在没有考虑的微型技术的时间尺度上看到这个过程,只有给我们的显微镜技术,这只会给我们快照,”娄说。“棕色队真的帮助我们了解数字背后发生了什么。”

他说,钢筋石墨烯结果是朝着许多新材料表征的第一步。“我们希望这开放了一个方向,人们可以追求工程师的应用程序,”娄说。

哈普岛,缅因大学杨阳大学杨尼·江泽民的杨妮是纸的联合主导作者。共同作者是宜伦李,水稻华国,邢李粳稻和郑州大学和北京大学清辰。娄是大米材料科学和纳米工程教授。旅游是T.T.和W.f.化学化学椅子和计算机科学与材yabovip2021料科学与纳米工程稻米教授。高于棕色的Walter H. Annenberg教授。

该研究得到了Welch基金会,科学研究的多学科大学研究所,基本能源科学系,中国国家自然科学基金和国家科学基金会的能源办公室。

出版物:Emily F. Hacopian等,“通过整合碳纳米管来增韧石墨烯”,ACS Nano,2018;DOI:10.1021 / ACSNANO.8B02311

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