清华大学《Nat Commun》：超弹性石墨烯气凝胶基超材料

成果简介

超轻、超强、超韧的石墨烯气凝胶超材料具有多功能，在未来的军事和家庭应用中具有广阔的应用前景。然而，石墨烯气凝胶的力学性能不理想，缺乏多尺度的结构调控，这仍然阻碍了石墨烯气凝胶的发展。本文清华大学曲良体教授课题组在《Nat Commun》期刊发表名为“Superelastic graphene aerogel-based metamaterials”的论文，研究提出提出了一种制备具有多功能宏观结构和高度有序微网络的石墨烯超-气凝胶（GmAs）的激光雕刻策略。

GmAs可以快速而精确地设计成任何构型，包括线、面、3D晶格和孔洞块，提供了创纪录的高性能，如超高延伸性（5400%伸长率）、低比重量（0.1 mg c m−3）和超宽泊松比（v）范围（−0.95<v<1.64）。GmAs的结构由亚微米纤维和石墨烯片紧密结合而成。受益于1D纳米纤维增强的2D片结构，石墨烯壁的弯曲刚度显著增加。因此，在压缩过程中，GmAs的内部变形模式是稳定的整体变形，而不是软气体的微观屈曲，这导致GmAs具有良好的力学性能，包括良好的鲁棒性、高强度和刚度，以及在任意压缩后完全恢复形状，优于大多数碳气凝胶。此外，简单的制造过程允许将其他功能组件结合到有序结构中，使得能够生产具有预定几何形状和功能的物体。作为原型，研究人员制备了陶瓷气凝胶和磁响应气凝胶，显示了多功能应用的巨大潜力。