用一颗做面包的心来做复合材料

欧洲足球赛事 注：想研究纳米复合材料，却空有一颗吃货的心？然后并不是不可能，因为纳米复合材料是可以用做面包方式合成的，用吃货方式打开复合材料的大门不再是幻想。

MIT（麻省理工）的科学家们找到了一种能够合成多层复合材料的有效方式，虽有数百层厚，但是这种材料仅有数个原子的厚度并且能覆盖材料的各个角落。而科学家们使用的方法也历史悠久，数百年来为铁匠和面点师广泛使用。

该研究成果由Michael Strano、化学工程教授Carbon P. Dubbs、博士研究生Pingwei Liu和其他11名MIT学生共同发布在本周的Science杂志上。

Strano表示，“像仅由碳构成的石墨烯、由石墨烯卷曲成成的碳纳米管，是目前人类发现的强度、硬度最高的材料，因为上述材料的原子全部通过碳-碳键相连，而碳-碳键又是自然界最稳定的化学键。”因此科学家们在努力寻找将这些纳米材料运用到复合材料中的方法。

最大的障碍是怎样把这些材料嵌入另外一种材料构成的规则点阵中。石墨烯和碳纳米管有很强的抱团倾向，因此在团块形成前要将其与液体树脂充分搅拌。MIT科学家们希望找到一种方法合成大量的片层，并且堆叠有序，无需对每层进行堆叠。

尽管整个过程比实际更为复杂，但是核心技术却与打造超级宝剑和制作果仁馅饼和红豆杏仁卷的技术相似。每种材料的片层，无论是钢铁，面团或石墨烯都呈平铺状态。随后，将片层折叠，或对折或弯曲，然后再进行多次折叠。

每折叠一次，层数就增加一倍，因此层数呈指数增加。仅折叠20次就会形成一百多万排列整齐的片层。

但是这种方法在纳米领域却不能奏效。研究过程中，科学家们没有折叠材料，而是把整块材料（材料本身就包括数层石墨烯和复合材料）切成四块，然后将这四块材料层层堆叠，之后重复上述过程。但是结果是一样的，通过这种方式，同快速得到了堆叠整齐，嵌入材料点阵中的片层聚碳酸酯，从而合成复合材料。

在概念证明测试中，MIT科学家们合成了包含320层石墨烯的复合材料，并证明，虽然加入的石墨烯数量不足挂齿（仅为材料总重的十分之一），但是却明显发送了材料的整体强度。

Strano表示，“因其超级微小的身材和可以无限平铺的性质，石墨烯的宽高比可达到无穷，可以覆盖材料表面，虽然厚度仅为几纳米。仅有石墨烯和少数已知的二维材料能够做到这点”。

科学家们还找到了利用石墨烯生产结构纤维的方法，这有望生产出嵌入电子功能的纱线和纤维，并产生复合材料的新分枝。这种方法使用的是一种切片机制，有点像奶酪切片，把石墨烯切成片，然后形成卷轴状，这种技术还有个漂亮的艺名：阿基米德螺旋。

这种方法能够克服了石墨烯和碳纳米管最大的缺陷，这是由于上述材料能够形成长纤维，而这要利益于其超光滑的特性。由于这种特性，纤维之间不会聚集成束，而是各自滑动。最新合成的纤维不仅解决了上述问题，而且延展性能极佳，这不同于诸如Kevlar的其他高强度材料。这就意味着这些纤维能够合成会变形但至失效的保护性材料。

Strano表示，这种层状复合材料还有一个出乎意料的特性：石墨烯片层的超导特性避免了相邻片层间发生短路的可能性。因为，仅把电子探针嵌入一定厚度的堆叠层中，就能够找到数百层中的任何一层。这会诞生一种新型多层复合材料。

原文参考链接：Borrowing from Pastry Chefs, Engineers Create Nanolayered Composites

文献链接：Layered and scrolled nanocomposites with aligned semi-infinite graphene inclusions at the platelet limit.

本文由丁菲菲提供素材，王八嫉妒月亮编译，点我加入材料人编辑部