中科大研發(fā)壓縮可伸縮碳彈簧，用于智能振動和磁性傳感器

成果簡介

多孔碳材料因其誘人的特性而被廣泛應(yīng)用。機(jī)械柔性是保證其耐久性的基本屬性。經(jīng)過幾十年的研究，多孔碳材料的壓縮脆性得到了很好的解決。然而，由于多孔碳網(wǎng)絡(luò)固有的弱連接和脆弱的接頭，其可逆拉伸性仍然難以實(shí)現(xiàn)。中科大俞書宏院士課題組在《Advanced Materials》期刊發(fā)表名為“A Highly Compressible and Stretchable Carbon Spring for Smart Vibration and Magnetism Sensors”的論文，受拱形弓彈性變形的啟發(fā)，進(jìn)一步研究了這種獨(dú)特的多孔碳材料在可伸縮變形下的彈性。結(jié)果顯示，多孔全碳材料在循環(huán)壓縮-拉伸過程的條件下可以保持可靠的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性和耐久性，類似于金屬彈簧。獨(dú)特的性能使其成為制造智能振動和磁性傳感器的有優(yōu)良平臺，甚至能夠在極端溫度下運(yùn)行。此外，這項(xiàng)研究為從其他純無機(jī)成分中制備高度可拉伸和可壓縮的多孔材料提供了寶貴的見解，以用于未來的各種應(yīng)用。

圖文導(dǎo)讀

圖1、多孔碳材料的制備及機(jī)械性能

圖2、碳彈簧的大可逆拉伸性的機(jī)制

圖3、碳彈簧的應(yīng)變傳感器的傳感性能

圖4、碳彈簧的磁傳感器的傳感性能

小結(jié)

通過設(shè)計(jì)一種獨(dú)特的長程層狀多拱微結(jié)構(gòu)，可以有效避免多孔碳基整料的壓縮脆性和拉伸脆性，從而產(chǎn)生一種真正的彈簧狀碳材料，其表現(xiàn)出可靠的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性和耐用性。原位顯微觀察和有限元模擬證實(shí)，碳彈簧中對齊的拱形薄殼可以通過大的平面外變形分擔(dān)施加的應(yīng)變以適應(yīng)大的整體變形，同時(shí)在薄殼內(nèi)承受微小的真實(shí)材料應(yīng)變。此外，這兩種傳感器都能夠在極端溫度環(huán)境下工作，可以滿足太空探索等許多特殊任務(wù)的要求。

文獻(xiàn)：