俞书宏院士AM：一种用于智能振动和磁性传感器的高度可压缩可伸缩碳弹簧
Nanoyu
2021-08-14
多孔碳材料因其诱人的特性而被广泛应用。机械柔性是保证其耐久性的基本属性。经过几十年的研究，多孔碳材料的压缩脆性得到了很好的解决。然而，由于多孔碳网络固有的弱连接和脆弱的接头，其可逆拉伸性仍然难以实现。研究人员已经报道了通过设计独特的长程层状多拱微结构，可以有效地避免多孔石墨烯-碳复合材料整体在压缩变形下固有的脆性，从而产生优异的压缩弹性。
近日，受拱形弓弹性变形的启发，中科大俞书宏院士报道了进一步研究了这种独特的多孔碳材料在可伸缩变形下的弹性。
文章要点
1）研究发现，这种微结构设计还可以使多孔整体具有令人印象深刻的可逆伸长性，最大拉伸应变约为−80%，从而可以获得真正的弹性全碳弹簧。值得注意的是，该碳弹簧在压缩-拉伸循环下获得了几乎完全恢复（从−60%到80%）、较小的能量消耗（≈0.2）和显著的抗疲劳性能（1×104次循环）。
2）通过原位微观观察和有限元（FE）模拟，研究人员证实了碳弹簧在拉伸载荷作用下的弹性变形机制。这种碳弹簧凭借其优越的机械性能，在极端温度下也可作为高性能振动传感器和磁性传感器的优良平台，具有广阔的应用前景。
参考文献
Huai-Ling Gao, et al, A Highly Compressible and Stretchable Carbon Spring for Smart Vibration and Magnetism Sensors, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202102724
https://doi.org/10.1002/adma.202102724
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