我國(guó)成為石墨烯基礎(chǔ)研究領(lǐng)域領(lǐng)跑者

沈英甲

國(guó)際石墨烯研究徘徊經(jīng)年的沉悶局面終于被打破了。北京航空材料研究院的一組年輕科研人員在國(guó)際石墨烯研究領(lǐng)域首創(chuàng)“烯合金”材料，這一具有里程碑意義的重大自主創(chuàng)新，不但發(fā)明了一類具有優(yōu)異性能的新型高端合金材料，也使我國(guó)成為石墨烯這一材料科學(xué)前沿基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的領(lǐng)跑者?！跋┖辖稹边@一合金材料嶄新名詞從此載入世界材料科技發(fā)展的史冊(cè)。5月上旬，記者在北京航空材料研究院見證了烯合金的誕生。

石墨烯納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料，其展現(xiàn)出一系列不同尋常的物理性能。2004年Novoselov等利用膠帶剝離法制備出石墨烯納米片樣品，并對(duì)其微觀組織結(jié)構(gòu)和物理學(xué)性能進(jìn)行了表征。石墨烯是迄今為止實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)韌，導(dǎo)電和導(dǎo)熱最好的材料。石墨烯納米片因其特殊的二維結(jié)構(gòu)，引起了物理、化學(xué)和材料學(xué)界研究者的的極大興趣。為盡快使石墨烯達(dá)到工程應(yīng)用狀態(tài)，歐盟在2012年啟動(dòng)石墨烯旗艦技術(shù)項(xiàng)目，美國(guó)也大力投入，并且在石墨烯作為超強(qiáng)電容器等應(yīng)用研究已取得了某些突破性進(jìn)展。石墨烯是理想的復(fù)合材料納米填料。由于石墨烯具有高強(qiáng)度，如何利用其來(lái)提高復(fù)合材料的強(qiáng)度成為研究熱點(diǎn)。目前已有關(guān)于石墨烯納米片增強(qiáng)高分子聚合物和陶瓷材料的報(bào)道。北京航空材料研究院的年輕科研人員勇于標(biāo)新立異，他們采用球磨和粉末冶金方法成功制備出石墨烯增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合材料（命名為“鋁基烯合金”），在世界上首次發(fā)現(xiàn)石墨烯納米片在保持材料良好塑性的同時(shí)，顯著提高了其強(qiáng)度。他們利用OM，SEM和TEM對(duì)鋁基烯合金微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并測(cè)試其拉伸性能。結(jié)果表明：石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體中，與基體形成良好的結(jié)合界面，且石墨烯納米片與鋁合金基體未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并保留了原始的納米片結(jié)構(gòu)；鋁基烯合金中石墨烯納米片含量為0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)，鋁基烯合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到322MPa和455MPa，較未添加石墨烯納米片的合金分別提高58%和25%，且合金的伸長(zhǎng)率沒有降低。

烯合金的研制成功，宣告一代新型具有特殊優(yōu)異性能的系列材料橫空出世，填補(bǔ)了世界材料科學(xué)領(lǐng)域的空白，進(jìn)而將這門學(xué)科推向全新的領(lǐng)域。目前，北京航空材料研究院的年輕科研人員正對(duì)石墨烯研究的更多未知領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步探索，對(duì)石墨烯納米片增強(qiáng)增韌行為的深入研究正在后繼工作中展開。