據物理學家組織網近日報道，美國賓夕法尼亞州匹茲堡卡內基·梅隆大學的研究人員在易碎的碳納米管氣凝膠上覆蓋石墨烯涂層，使(shi)其猶如穿上超人斗篷一(yi)樣，在(zai)強度壓力下一(yi)改易塌(ta)癟(bie)狀(zhuang)態而轉(zhuan)變得堅韌耐壓，而當卸除負載后又可(ke)完全恢(hui)復原狀(zhuang)。該研究結果(guo)刊(kan)登在(zai)《自然(ran)·納米技術》雜志上。

　　研(yan)究人(ren)員(yuan)說(shuo)，他(ta)們演(yan)示的碳納米管(guan)網(wang)狀物(wu)從脆弱性轉變成超彈性，僅僅是(shi)通過石墨烯涂層實現(xian)的，其所提(ti)供(gong)的超彈性和耐疲勞性，將(jiang)使碳納米管(guan)氣凝膠在包(bao)括電(dian)極材料、人(ren)工肌肉(rou)和其他(ta)機械結構等各(ge)種(zhong)領(ling)域得以廣泛(fan)應(ying)用(yong)。

　　通(tong)常(chang)情況(kuang)下，涂層增加了材(cai)(cai)料(liao)(liao)耐腐蝕、潤滑、美觀(guan)、表(biao)面化學(xue)變更、密(mi)封等(deng)特性(xing)(xing)，但不利于力學(xue)性(xing)(xing)能的(de)(de)變化。研究人員說：“正常(chang)的(de)(de)凝(ning)膠大多是(shi)由使其表(biao)面交(jiao)錯相連的(de)(de)網(wang)狀液(ye)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)構成，氣凝(ning)膠是(shi)用氣體(ti)(ti)更換了凝(ning)膠中的(de)(de)液(ye)體(ti)(ti)材(cai)(cai)料(liao)(liao)。在臨界溫度把凝(ning)膠烘干，由此產生的(de)(de)氣凝(ning)膠是(shi)體(ti)(ti)積上由99.9％空氣組成的(de)(de)輕質(zhi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，但也具有(you)干燥、剛性(xing)(xing)好(hao)、堅實(shi)如固體(ti)(ti)的(de)(de)特點。”

　　在(zai)目前的(de)(de)(de)研(yan)究中，研(yan)究人員(yuan)采用已添加了(le)空(kong)氣的(de)(de)(de)碳納米管(guan)氣凝膠(jiao)，其(qi)(qi)由約1微米長的(de)(de)(de)分散的(de)(de)(de)碳納米管(guan)構成。碳納米管(guan)氣凝膠(jiao)在(zai)壓(ya)(ya)力下會(hui)保有其(qi)(qi)形狀，是(shi)因(yin)為在(zai)節點的(de)(de)(de)分子(zi)間(jian)相互(hu)作用，碳納米管(guan)會(hui)在(zai)各個點上相互(hu)交叉。然而，當(dang)將這些氣凝膠(jiao)在(zai)其(qi)(qi)原來大小基礎上壓(ya)(ya)縮高(gao)達(da)90%的(de)(de)(de)程度時，它們(men)即會(hui)倒塌或(huo)導(dao)致永久性變(bian)形，以此限制了(le)其(qi)(qi)潛在(zai)的(de)(de)(de)應(ying)用。

　　在(zai)非涂(tu)層的(de)(de)(de)氣凝膠里，強力壓(ya)(ya)縮后，在(zai)節(jie)(jie)點上(shang)支持氣凝膠網狀(zhuang)結構的(de)(de)(de)支柱可以彎曲和(he)自由(you)旋轉(zhuan)，從而增加(jia)了碳納米管和(he)形成(cheng)的(de)(de)(de)新(xin)節(jie)(jie)點之間的(de)(de)(de)接觸面積。當(dang)去除負載后，恢復(fu)這些(xie)節(jie)(jie)點到(dao)原狀(zhuang)則需要比施加(jia)壓(ya)(ya)力更多的(de)(de)(de)力量。正因為碳納米管氣凝膠沒有恢復(fu)之力來(lai)突破壓(ya)(ya)縮過程中形成(cheng)的(de)(de)(de)新(xin)節(jie)(jie)點，由(you)此不(bu)會回(hui)到(dao)原來(lai)的(de)(de)(de)形狀(zhuang)。

　　為(wei)了克服這種缺乏彈(dan)性(xing)的問題，研究(jiu)人(ren)員在(zai)(zai)碳(tan)納米管(guan)氣(qi)(qi)凝膠上涂(tu)上1到5層石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)涂(tu)料。研究(jiu)人(ren)員認(ren)為(wei)，石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)涂(tu)層可加強(qiang)節(jie)(jie)點支(zhi)(zhi)柱，賦予其(qi)超彈(dan)特性(xing)。相比之下，強(qiang)力(li)壓縮節(jie)(jie)點時，覆蓋(gai)石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)涂(tu)層的碳(tan)納米管(guan)氣(qi)(qi)凝膠具(ju)有強(qiang)大的支(zhi)(zhi)柱不易旋轉，在(zai)(zai)節(jie)(jie)點上的石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)會被壓縮和弄(nong)皺，而這樣(yang)的石(shi)墨(mo)烯(xi)(xi)(xi)薄片(pian)會提供恢復(fu)力(li)，像彈(dan)簧一樣(yang)打破所形(xing)成(cheng)的新節(jie)(jie)點。

　　研究表明，涂有石墨(mo)烯的碳納米管氣(qi)(qi)凝膠(jiao)可(ke)以經受高(gao)度壓縮，之后可(ke)反彈恢復(fu)到其(qi)(qi)原來(lai)的形(xing)狀(zhuang)。其(qi)(qi)可(ke)承受超過(guo)100萬次的壓縮循環，并在壓力釋放后仍(reng)能恢復(fu)其(qi)(qi)原來(lai)的形(xing)狀(zhuang)。如此(ci)不僅能夠使氣(qi)(qi)凝膠(jiao)抵擋住(zhu)強(qiang)力壓縮變成超彈性材料，同時還保(bao)持了(le)其(qi)(qi)多孔性和導電性等屬(shu)性。顯(xian)然(ran)，該(gai)特性為(wei)未來(lai)新(xin)的氣(qi)(qi)凝膠(jiao)應用打開了(le)一扇大門。（華凌）