北航在仿生轻质高强复合材料研究领域取得新进展
仿生轻质高强复合材料在航空航天领域具有重要的应用,而石墨烯因优异的电学性能和力学性能,被作为首选基元材料用于高性能复合材料的制备,但是目前实现强韧一体化的复合材料仍然是一大挑战。
最近,我校化学与环境学院国家优秀青年基金获得者程群峰副教授研究团队,通过仿生协同构筑策略,在强韧一体化高导电石墨烯复合材料方面取得进展,为制备高性能石墨烯纳米复合材料提供了新的研究思路。
针对传统复合材料强度和韧性不可兼得的科学难题,该课题组受天然贝壳协同增韧机理的启发,仿生构筑了强韧一体化的人造贝壳,例如基于二硫化钼纳米片润滑的特性,构筑了三元体系人造贝壳“氧化石墨烯/二硫化钼/热塑性聚氨酯”,石墨烯和二硫化钼得协同强韧效应,不仅提升复合材料的静态拉伸强度和韧性,而且大幅改善其动态疲劳性能;同时其电学性能较为良好,在柔性电子器件领域具有巨大的潜在应用前景,相关研究成果发表在美国化学会权威期刊《ACSNano》(ACSNano, 2015, 9: 708-714.)上。
此外,近期该课题组基于界面协同强韧机理,仿生构筑了强韧一体化高导电的氧化石墨烯/壳聚糖人造贝壳,利用“流动力诱导机制”成功地在氧化石墨烯纳米片和壳聚糖分子之间,构筑了氢键和共价键的协同强韧效应,大幅提升了人造贝壳的力学性能,其强度和韧性分别是天然贝壳的四倍和一个数量级,与此同时,该人造贝壳具有优异的电学性能,在航空航天,人造肌肉,组织工程以及柔性电子器件等领域具有广泛应用前景。该成果在线发表在《ACSNano》(ACSNano, 2015, DOI: 10.1021/acsnano.5b02902)上。