納米復(fù)合材料可以用做面包的方式合成？！
MIT(麻省理工)的科學(xué)家們用實(shí)際行動(dòng)證明吃貨方式打開(kāi)復(fù)合材料的大門(mén)不再是幻想。
據(jù)悉，MIT(麻省理工)的科學(xué)家們找到了一種能夠合成多層復(fù)合材料的有效方式，雖有數(shù)百層厚，但是這種材料僅有數(shù)個(gè)原子的厚度并且能覆蓋材料的各個(gè)角落。而科學(xué)家們使用的方法也歷史悠久，數(shù)百年來(lái)為鐵匠和面點(diǎn)師廣泛使用。
該研究成果由Michael Strano、化學(xué)工程教授Carbon P. Dubbs、博士研究生Pingwei Liu和其他11名MIT學(xué)生共同發(fā)布在本周的 Science雜志上。
Strano表示，“像僅由碳構(gòu)成的石墨烯、由石墨烯卷曲成的碳納米管，是目前人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)度、硬度最高的材料，因?yàn)樯鲜霾牧系脑尤客ㄟ^(guò)碳-碳鍵相連，而碳-碳鍵又是自然界最穩(wěn)定的化學(xué)鍵。”因此科學(xué)家們?cè)谂ふ覍⑦@些納米材料運(yùn)用到復(fù)合材料中的方法。
最大的障礙是怎樣把這些材料嵌入另外一種材料構(gòu)成的規(guī)則點(diǎn)陣中。石墨烯和碳納米管有很強(qiáng)的抱團(tuán)傾向，因此在團(tuán)塊形成前要將其與液體樹(shù)脂充分?jǐn)嚢琛?/p>
MIT科學(xué)家們希望找到一種方法合成大量的片層，并且堆疊有序，無(wú)需對(duì)每層進(jìn)行堆疊。
盡管整個(gè)過(guò)程比實(shí)際更為復(fù)雜，但是核心技術(shù)卻與打造超級(jí)寶劍和制作果仁餡餅和紅豆杏仁卷的技術(shù)相似。
每種材料的片層，無(wú)論是鋼鐵，面團(tuán)或石墨烯都呈平鋪狀態(tài)。隨后，將片層折疊，或?qū)φ刍驈澢缓笤龠M(jìn)行多次折疊。
每折疊一次，層數(shù)就增加一倍，因此層數(shù)呈指數(shù)增加。僅折疊20次就會(huì)形成一百多萬(wàn)排列整齊的片層。
但是這種方法在納米領(lǐng)域卻不能奏效。研究過(guò)程中，科學(xué)家們沒(méi)有折疊材料，而是把整塊材料(材料本身就包括數(shù)層石墨烯和復(fù)合材料)切成四塊，然后將這四塊材料層層堆疊，之后重復(fù)上述過(guò)程。
但是結(jié)果是一樣的，通過(guò)這種方式，同樣快速得到了堆疊整齊，嵌入材料點(diǎn)陣中的片層聚碳酸酯，從而合成復(fù)合材料。
在概念證明測(cè)試中，MIT科學(xué)家們合成了包含320層石墨烯的復(fù)合材料，并證明，雖然加入的石墨烯數(shù)量不足掛齒(僅為材料總重的十分之一)，但是卻明顯增強(qiáng)了材料的整體強(qiáng)度。
Strano表示，“因其超級(jí)微小的身材和可以無(wú)限平鋪的性質(zhì)，石墨烯的寬高比可達(dá)到無(wú)窮，可以覆蓋材料表面，雖然厚度僅為幾納米。僅有石墨烯和少數(shù)已知的二維材料能夠做到這點(diǎn)”。
科學(xué)家們還找到了利用石墨烯生產(chǎn)結(jié)構(gòu)纖維的方法，這有望生產(chǎn)出嵌入電子功能的紗線和纖維，并產(chǎn)生復(fù)合材料的新分枝。
這種方法使用的是一種切片機(jī)制，有點(diǎn)像奶酪切片，把石墨烯切成片，然后形成卷軸狀，這種技術(shù)還有個(gè)漂亮的藝名：阿基米德螺旋。
這種方法能夠克服石墨烯和碳納米管最大的缺陷，這是由于上述材料能夠形成長(zhǎng)纖維，而這主要得益于其超光滑的特性。由于這種特性，纖維之間不會(huì)聚集成束，而是各自滑動(dòng)。最新合成的纖維不僅解決了上述問(wèn)題，而且延展性能極佳，這不同于諸如Kevlar的其他高強(qiáng)度材料。
這就意味著這些纖維能夠合成會(huì)變形的保護(hù)性材料。
Strano表示，這種層狀復(fù)合材料還有一個(gè)出乎意料的特性：石墨烯片層的超導(dǎo)特性避免了相鄰片層間發(fā)生短路的可能性。因?yàn)椋瑑H把電子探針嵌入一定厚度的堆疊層中，就能夠找到數(shù)百層中的任何一層。
這會(huì)誕生一種新型多層復(fù)合材料。
