中国粉体网讯 从中国科大获悉，该校俞书宏教授课题组与吴恒安教授课题组合作，成功设计制备出超弹性耐疲劳宏观尺度碳纳米组装体仿生材料。这种材料有望用于某些特种条件下力学传感和探测等领域，例如地震波的检测、外星球探测车的传感部件等。
据了解，轻质低密度和可压缩型耐疲劳结构材料具有极其重要的应用价值，可压缩性、回弹性和抗疲劳性是决定这类材料性能和应用的主要因素。目前，尽管此类材料可以实现较大程度的可压缩性，但由于在反复的大形变压缩过程中，材料内部微结构很容易发生永久性受损或断裂，所以可压缩性、回弹性及抗疲劳性能很难在一种材料中同时达到较优水平。
中国科大俞书宏课题组受人类足弓等常见弹性拱结构的启发，通过巧妙的实验设计，成功制备了一种具有微观层状连拱结构的宏观尺度碳纳米组装体材料。基于这种仿生结构，该材料虽然由脆性易碎的无定型碳-石墨烯复合物构筑而成，却同时实现了高水平的可压缩性、超弹性及抗疲劳性。该材料压缩90%形变后可完全恢复原状，具有如弹簧一样的极快回弹速度，远超过国际已报道的最高水平；每次压缩循环中的能量损耗仅为其受压过程总存储能量的20%，明显低于国际已报道30~80%的常规水平；20%形变压缩一百万次仍能维持结构与性能稳定，优于国际已报道15%形变压缩50万次和6%形变压缩一百万次的水平。
据俞书宏介绍，他们还通过构建力学模型对这一材料的超常性能进行了系统分析。结果表明，构成该材料的微拱结构单元和宏观薄壳型拱结构一致，可以适应较大程度可逆弹性变形，而其拱面本身可免受局部应力过大所造成的破坏。因此，由取向一致的微拱单元相互堆垛构成的材料整体，显示出如宏观弹性拱结构一样优越的机械性能。力学模型分析还表明，该材料压缩循环过程的超低能量损耗主要来自于微拱单元之间的摩擦耗散，而不是微结构的永久性破坏。
