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我实验室发现石墨烯蜂窝材料具有超强抗冲击/侵彻能量吸收能力

   近日,我实验室易利军博士作为第一作者和共同通讯作者的研究成果《Giant energy absorption capacity of graphene-based carbon honeycombs》发表在著名期刊《Carbon》上(IF: 6.198)。该研究发现,基于石墨烯的蜂窝结构具有超强的抗冲击和侵彻比能量吸收性质,比已知的多胞等吸能材料要高出一个数量级。该成果的发表得益于“人才强校”战略的实施和重点大学一流学科建设,是我校向研究型大学发展过程中的又一项重要成果。我校力学学科由首任校长朱兆祥先生和副校长王礼立先生创办,一直得到学校的大力支持,是浙江省重中之重学科,有教育部重点实验室,并获得国家自然科学二等奖,是我校首批博士学位点学科之一。
   吸能材料和结构在大到航空航天、土木,车辆交通、包装等的军事与工程领域,小到防护用头盔日常生活方面都有广泛的应用,社会进步和经济发展对优异吸能材料带来了强烈需求。该论文报道发现了基于石墨烯的三维蜂窝结构具有超强的抗冲击/侵彻吸收能力,其面内的抗冲击比能量吸收达到2400J/g,性能远高于熟知的传统吸能材料如蜂窝铝、泡沫钢、多胞金属玻璃和碳纳米管巴基纸(carbon nanotube buckypaper)等;其面外抗侵彻比能量吸收能与石墨烯相当达到3400J/g,是钢材的十倍,而且相比二维石墨烯,石墨烯蜂窝材料是三维结构更具实际应用潜力。石墨烯三维蜂窝材料超强的比能量吸收能力,宏观上是由于其高达2GPa的平台应力,以及在相比传统蜂窝材料在应力应变曲线中多了特殊的范德华作用阶段,从细观机理看是源于其晶体结构组成高能的sp2和sp3碳-碳化学键。满足设计安全要求的同时尽量减少工程结构装备的重量和体积,可提高设备的效率带来巨大的经济利益,是工程领域的长期追求目标,相信这项研究工作能引起应用研究领域的兴趣,会带动材料制备、材料实验和工程应用方面的研究和生产技术的发展。

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