2011-04-25

比鋼還強的石墨烯紙

A breakthrough on paper that's stronger than steel
http://www.physorg.com/news/2011-04-breakthrough-paper-stronger-steel.html

By Lisa Aloisio, April 20, 2011

(PhysOrg.com) -- 雪梨科技大學(University of Technology, Sydney)科學家在一種基於石墨(graphite)之複合材料的開發上報告出色的結果:這種材料薄如紙,但強度比鋼還強上十倍。

在一項最近發表在 Journal of Applied Physics 的研究中,一個由 Guoxiu Wang 教授監督的 UTS 研究團隊發展出可重複檢測的結果以及石墨烯紙(graphene paper),這種材料具有革新汽車、航空、電子與光學產業的潛力。

石墨烯紙是一種可以從其原料狀態 -- 石墨 -- 被加工、重新塑形(reshaped)、重新成形(reformed)的材料。在 UTS 的研究者已成功利用化學物質來純化與過濾原始石墨,藉此研磨它,從而將之重新塑形與重新成形為奈米結構化的配置,那接著被處理成如紙一般薄的薄片。

這些石墨烯奈米薄片(graphene nanosheet)由單層、六角形的碳晶格連續不斷堆疊而成,且以完美成層結構排列放置,那賦予它們獨特的熱、電氣以及機械特性。

利用某種合成方法以及熱處理,這個 UTS 研究團隊製造出具優異彎曲性(bending)、剛性(rigidity)、硬度(hardness)等機械特性的材料。與鋼相較,製備好的石墨烯紙(GP)其重量輕六倍、密度低了五到六倍,硬度高出二倍,以及強上 10 倍的抗張強度(tensile strength,張力強度)與高出 13 倍以上的彎曲剛性(bending rigidity)強度。

領導研究者 Ali Reza Ranjbartoreh 表示,"沒人曾用過類似的製造與熱檢測方法,為石墨烯紙尋找及實現如此特異的機械特性。我們無疑領先其他研究社群。"

"合成石墨烯紙獨特的機械特性使得它在商業與工程應用上成為一種前途無量的材料。"

"不僅因為它比鋼更輕、更強、更硬與更具彈性,它還是一種可再生且具永續性的可製造性產品,在其運用上對環境友善且具成本效益。"

Mr Ranjbartoreh 表示,這些結果承諾,在汽車與航空產業使用石墨烯紙將具有龐大利益,允許開發出更輕且更強健的車輛與飛機,那使用更少的燃料,所產生的污染也更少、營運的費用也會更便宜且在生態上具有永續性。

他表示,大型航太公司例如波音,已開始用碳纖維以及碳基材料來取代金屬,而具有無法比擬之機械特性的石墨烯紙,將是會是他們下一個要探索的材料。

從石墨製成的石墨烯紙,對於澳洲的採礦、材料處理以及製造產業亦提供數量可觀的附加價值。在過去十年內,金屬被碳基材料取代的情況愈來愈多、愈來愈快。

澳洲礦業具有龐大的石墨資源,又因為這種新材料的經濟實惠、在大量製造與產業應用上的本土與世界級技術優勢,使其能夠成為產業中一項有利的選擇。

※ 相關報導:

* Advanced mechanical properties of graphene paper
http://jap.aip.org/resource/1/japiau/v109/i1/p014306_s1
Ali R. Ranjbartoreh, Bei Wang, Xiaoping Shen, and Guoxiu Wang
J. Appl. Phys. 109, 014306 (2011); (6 pages)
doi: 10.1063/1.3528213
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