定向可控冷冻工艺制备具有微观双曲构型和宏观负泊松比效应三维石墨烯“超材料”

“超材料”（metamaterial）定义为通过人工设计实现一些常规和天然材料所不具备的超常物理特性的材料。在力学上具有负泊松特性的超材料研究对材料力学性能改进具有重要意义。区别于传统材料，负泊松比材料顾名思义是指材料在纵向压缩变形过程中，横向向内部收缩而不是发生普通材料的膨胀，形成内凹的外形轮廓。通过改变材料变形行为，负泊松比可以有效提高材料力学性能。

哈尔滨工业大学博士研究生张强强、研究指导老师李惠教授和年轻教师徐翔基于改进的水热法和定向冷冻工艺设计，发展了具有微观双曲取向形貌和内凹角结构的三维石墨烯超材料，基于设计的微观石墨烯片状单元定向弹性屈曲，实现了宏观可调谐负泊松比效应，最大负泊松比达到-0.38。由于在负泊松比作用下，材料尽可能处于压缩状态，有效地改进和提高了材料力学性能，包括抗压强度和耐疲劳稳定性等，实现了99%可恢复压缩弹性变形，1000次95%压应变稳定压缩循环和疲劳稳定性，以及在有机溶剂中、高温（400℃）和超低温（-190℃）超过95%可压缩超弹性变形特征。与传统微观结构网络随机分布三维石墨烯材料相比，具有双曲微观结构的石墨烯超材料抗压强度和杨氏模量提高一个数量级以上。这种三维石墨烯超材料丰富的孔隙结构、大比表面积、超弹性、优良的耐疲劳稳定性和良好的导电特性，使该材料气凝胶在防护工程防弹衣、柔性电极材料、可驱动电子开关、生物化学催化剂载体、超级电容器、传感器以及污染物吸附、隔热耐高温等领域具有广阔的应用前景。

该研究的科研论文发表于材料领域国际顶级期刊《先进材料》（《Advanced Materials》）（2014年影响因子为17.49），文中在国际上首次报道的三维石墨烯材料中存在的负泊松比效应和超弹性特征，受到了审稿人的高度评价（“Should be published as a VIP paper”）。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201505409/full

原文标题：Hyperbolically Patterned 3D Graphene Metamaterial with Negative Poisson's Ratio and Superelasticity

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