徐鸣教授团队成功研制超轻碳纳米抗冲击材料

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抗冲击材料用以抵抗紧急突发情况带来的力学冲击,在极端环境应用（太空飞行器、极地作业设备等）中尤其重要。美国航天局（NASA）在关于极端环境技术的报告中明确指出了极端环境应用对耐高温、耐低温、耐酸性抗冲击材料的发展需求。        近日，我院徐鸣教授团队研制了一种全新的超轻抗冲击材料，碳纳米垫Nanocarbon Cushion；该材料结合了阵列碳纳米管的超强能量耗散能力与类金刚石薄膜的韧性，具备2.22 kJ/m3的高比耗能；而全碳结构也使该材料具备可在极端环境（太空、极地）应用的潜能。

图1. 碳纳米垫材料在太空领域的应用设想

       论文中，研究团队从制备、抗冲击性能、抗冲击机理等方面对此类抗冲击材料进行了详细阐述。研究者们首次将增强辉光放电等离子体离子注入且沉积的方法应用于碳纳米材料的制备中，成功获得了阵列碳纳米管与类金刚石薄膜的无缝链接。该方法通过在阵列碳纳米管表面产生大量悬键，大幅降低类金刚石薄膜在阵列碳纳米管表面的成核难度，促成了类金刚石膜在阵列碳纳米管顶部的沉积。研究者们系统探究了碳纳米垫的抗冲击性能与材料结构间的构效关系；并通过微观结构表征揭示了碳纳米垫抗冲击工作机理：冲击能量通过类金刚石薄膜的面内传导至膜下的阵列碳纳米管，通过阵列碳纳米管的zigzag形变耗散冲击能量。阵列碳纳米管与类金刚石薄膜的无缝链接消除了材料在冲击过程中的应力集中，更有助于冲击能量在整体结构中的分布与传递。研究者相信，碳纳米垫的研究将为服务于极端环境与尖端领域的先进轻质抗冲击材料的设计与制备提供新的研究思路。
        相关工作在线发表在Carbon (DOI: 10.1016/j.carbon.2020.07.082)上，文章题目：A new-structured nanocarbon cushion with highly impact-resistant properties。Infomat 及其旗下的微信公众号“Lab Motif”推广了该工作（https://mp.weixin.qq.com/s/7Yq5UL7iHPkDsgePK51BOg）。该研究得到了国家自然科学基金委、湖北省自然科学基金委、武汉市应用基础研究项目、深圳市基础研究项目的资助。



       文章来源：华中科技大学
       徐鸣，女，1981年2月生，工学博士，华中科技大学教授，博士生导师。担任 Carbon，Acta biomaterialia，Acta Materialia，IEEE Transactions on Plasma Science 等多个国际学术期刊审稿人。与美国、日本和香港等多个国家和地区的著名研究团队保持长期紧密的科研合作。