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我国成为石墨烯基础研究领域领跑者

导读: 国际石墨烯研究徘徊经年的沉闷局面终于被打破了。中航工业航材院的一组年轻科研人员在国际石墨烯研究领域首创“烯合金”材料,这一具有里程碑意义的重大自主创新,不但发明了一类具有优异性能的新型高端合金材料,也使我国成为石墨烯这一材料科学前沿基础和应用研究的领跑者。

  国际石墨烯研究徘徊经年的沉闷局面终于被打破了。中航工业航材院的一组年轻科研人员在国际石墨烯研究领域首创“烯合金”材料,这一具有里程碑意义的重大自主创新,不但发明了一类具有优异性能的新型高端合金材料,也使我国成为石墨烯这一材料科学前沿基础和应用研究的领跑者。“烯合金”这一合金材料崭新名词从此载入世界材料科技发展的史册。5月上旬,记者在航材院见证了烯合金的诞生。

  石墨烯纳米片是由sp2杂化碳原子组成的单原子层厚度的二维材料,其展现出一系列不同寻常的物理性能。2004年Novoselov等利用胶带剥离法制备出石墨烯纳米片样品,并对其微观组织结构和物理学性能进行了表征。石墨烯是迄今为止实验发现的最坚韧,导电和导热最好的材料。石墨烯纳米片因其特殊的二维结构,引起了物理、化学和材料学界研究者的极大兴趣。为尽快使石墨烯达到工程应用状态,欧盟在2012年启动石墨烯旗舰技术项目,美国也大力投入,并且在石墨烯作为超强电容器等应用研究领域已取得了某些突破性进展。石墨烯是理想的复合材料纳米填料。由于石墨烯具有高强度,如何利用其来提高复合材料的强度成为研究热点。目前已有关于石墨烯纳米片增强高分子聚合物和陶瓷材料的报道。航材院的年轻科研人员勇于标新立异,他们采用球磨和粉末冶金方法成功制备出石墨烯增强铝基纳米复合材料(命名为“铝基烯合金”),在世界上首次发现石墨烯纳米片在保持材料良好塑性的同时,显著提高了其强度。他们利用OM,SEM和TEM对铝基烯合金微观组织结构进行表征,并测试其拉伸性能。结果表明:石墨烯纳米片均匀分布在铝合金基体中,与基体形成良好的结合界面,且石墨烯纳米片与铝合金基体未发生化学反应,并保留了原始的纳米片结构;铝基烯合金中石墨烯纳米片含量为0.3%(质量分数,下同)时,铝基烯合金的屈服强度和抗拉强度分别达到322MPa和455MPa,较未添加石墨烯纳米片的合金分别提高58%和25%,且合金的伸长率没有降低。

  烯合金的研制成功,宣告一代新型具有特殊优异性能的系列材料横空出世,填补了世界材料科学领域的空白,进而将这门学科推向全新的领域。目前,航材院的年轻科研人员正对石墨烯研究的更多未知领域进行进一步探索,对石墨烯纳米片增强增韧行为的深入研究正在后继工作中展开。

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