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石墨烯:世界上最强的人造材料,用于混凝土

2018-05-11 18:28:25 青岛晨阳石墨有限公司 已读
  日前,北京航空航天大学程群峰教授课题组和美国得克萨斯大学达拉斯分校雷·鲍曼团队共同采用室温π—π共轭键和共价键有序交联策略,仿生构筑了超强、超韧、高导电的多功能石墨烯复合薄膜。
 
  程群峰介绍,该研究通过原位拉曼表征,从分子尺度揭示了π—π共轭键和共价键有序界面交联作用的强韧机制,为制备高性能石墨烯纳米复合材料提供了重要理论指导。这种廉价、低温的高性能多功能石墨烯纳米复合材料在航空航天、汽车、柔性电子器件等领域具有广泛应用前景,并有望替代目前广泛应用的碳纤维复合材料。
 
  据了解,轻质高强的碳纤维复合材料在日常生活中具有广泛的应用,尤其是在航空、航天、汽车以及运动器材等领域。而新材料可在45摄氏度以下的室温进行制备,强度与碳纤维复合材料相当,成本更加低廉,易实现商业规模化制备。然而,碳纤维复合材料在制备和使用时存在诸多缺点:合成碳纤维需要高温(超过2500摄氏度)石墨化,成本较高;由于较弱的界面作用,碳纤维与聚合物基体之间容易发生分层;碳纤维复合材料的电学性能较低,不能满足特殊应用需求。此外,这种薄膜材料的拉伸断裂强度是普通石墨烯薄膜的4.5倍,韧性是后者的7.9倍。
 
  同时,这种小分子有序交联的石这种材料符合英国和欧洲建筑标准。这意味着它们不需要经常更换-混凝土中使用的水泥的生产是二氧化碳排放的主要来源。
 
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  经测试,加入石墨烯的混凝土与普通混凝土相比,抗压强度提高了146%,抗弯拉强度提高了79.5%,渗水率降低了近400%。增加的强度和耐水性应该允许用混凝土制造的结构持续更长的时间。据报道该工艺价格低廉,并且符合现代大规模生产要求。“这是第一步,但是朝着为未来创造更可持续建筑业的正确方向迈出关键的一步。现在,科学家已经用它来创造一种比过去更坚固、更防水和更环保的新型混凝土。
 
  据外媒NewAtlas报道,“神奇材料”石墨烯是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,是世界上最强的人造材料。科学家们表示,这个因素应该导致在生产每吨混凝土时二氧化碳排放量减少446千克。
 
  “找到更加环保的方法来建造是减少全球碳排放的重要一步,因此尽可能地保护我们的环境,”负责该研究的博士生DimitarDimov说。为了制造出这种混凝土,英国埃克塞特大学的一个团队设计了一种技术,将石墨烯片悬浮在水中,然后将水与传统混凝土成分(如水泥和骨料)混合。”
 
  另外,据报道在混凝土中掺入石墨烯可以减少约50%的其他材料,包括水泥。
 
  墨烯复合薄膜还具有高导电性能、高电磁屏蔽性能,以及优异的抗腐蚀性能和耐疲劳性能。
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