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华中科大成功研制超轻碳纳米抗冲击材料

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  • 发布时间:2020-11-10 14:48
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抗冲击材料用以抵抗紧急突发情况带来的力学冲击,在极端环境应用(太空飞行器、极地作业设备等)中尤其重要。美国航天局(NASA)在关于极端环境技术的报告中明确指出了极端环境应用对耐高温、耐低温、耐酸性抗冲击材料的发展需求。

近日,华中科技大学材料学院徐鸣教授团队研制了一种全新的超轻抗冲击材料,碳纳米垫Nanocarbon Cushion;该材料结合了阵列碳纳米管的超强能量耗散能力与类金刚石薄膜的韧性,具备2.22 kJ/m3的高比耗能;而全碳结构也使该材料具备可在极端环境(太空、极地)应用的潜能。

碳纳米垫材料在太空领域的应用设想

论文中,研究团队从制备、抗冲击性能、抗冲击机理等方面对此类抗冲击材料进行了详细阐述。

研究者们首次将增强辉光放电等离子体离子注入且沉积的方法应用于碳纳米材料的制备中,成功获得了阵列碳纳米管与类金刚石薄膜的无缝链接。该方法通过在阵列碳纳米管表面产生大量悬键,大幅降低类金刚石薄膜在阵列碳纳米管表面的成核难度,促成了类金刚石膜在阵列碳纳米管顶部的沉积。

研究者们系统探究了碳纳米垫的抗冲击性能与材料结构间的构效关系;并通过微观结构表征揭示了碳纳米垫抗冲击工作机理:冲击能量通过类金刚石薄膜的面内传导至膜下的阵列碳纳米管,通过阵列碳纳米管的zigzag形变耗散冲击能量。阵列碳纳米管与类金刚石薄膜的无缝链接消除了材料在冲击过程中的应力集中,更有助于冲击能量在整体结构中的分布与传递。

研究者相信,碳纳米垫的研究将为服务于极端环境与尖端领域的先进轻质抗冲击材料的设计与制备提供新的研究思路。相关工作以“A new-structured nanocarbon cushion with highly impact-resistant properties”为题,在线发表在《Carbon》 上。

来源:华中科技大学材料学院新闻宣传中心

 

 

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