石墨结构材料

今日材料(2019)，出版中(https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.03.016）.

周玉兵，陈朝吉，朱淑泽，隋超，王超，邝玉迪，Upamanyu Ray，刘大鹏，Alexandra Brozena, Ulrich H.Leiste, Nelson Quispe，郭华，Azhar Vellore, Hugh A. Bruck, Ashlie Martini, Bob Foster，楼俊，李滕，胡良兵

摘要:常见结构材料(如金属、合金和陶瓷)的高力学性能源于组成原子之间的强初键(即金属键、共价键、离子键)。然而，一次键的大形成能需要高温才能处理这些材料，这导致了巨大的制造成本和巨大的环境足迹。在此，我们报告了一种利用二级键(例如氢键)来生产高性能和低成本材料的策略，优于大多数现有的结构化合物。通过在室温下将石墨薄片和纳米纤化纤维素(NFC)分散在水中，形成具有高固体浓度(20 wt%)的稳定均匀的溶液，我们证明这种浆料可以按比例打印以制造具有高拉伸强度(高达1.0 GPa)和韧性(高达30.0 MJ/m3)的石墨-NFC复合材料。石墨和纤维素的低密度导致复合材料的特定强度(794 MPa/(g cm−3))明显大于大多数工程材料(例如，钢，铝和钛合金)。我们展示了石墨薄片和NFC之间的氢键如何在复合材料的卓越机械性能中发挥关键作用，也使这种低成本材料可回收，成为高性能结构材料的环境可持续解决方案。