初のグラフェン「宇宙スポンジ」は高溫1000℃、低溫269℃でも「持ち堪える」ことができます。

南開(kāi)新聞網(wǎng)によると、南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授の陳永勝チームは長(zhǎng)年の難関を経て、アメリカライス大學(xué)と共同で、2019年4月に研究制で新型の三次元グラフェン材料を得た。

この材料は4 K（約-269℃）から1273 K（約1000℃）までの溫度區(qū)間に耐え、良好な安定性と高弾性を保つことができ、宇宙裝備製造分野の「宇宙スポンジ」となる見(jiàn)込みで、関連研究結(jié)果は2019年4月12日に「科學(xué)的進(jìn)展」（Science Advinces）に発表された。

高弾性材料は大きな可逆変形能力を持つ材料で、例えばよくあるゴム、高分子発泡材料などは、人間の生産、生活に広く使われています。

新型の高弾性材料は、例えば、裝著可能な設(shè)備、人工筋肉、センサーなどのハイエンドの研究、技術(shù)分野において大きな応用見(jiàn)通しがある。

しかし，ほとんどの高弾性材料の弾性および他の機(jī)械的性質(zhì)は溫度によって影響されている。

例えば、シリコンゴムは高溫で軟化したり分解したりしますが、逆に溫度が下がるにつれて弾性が次第に失われ、ガラス転移が発生して硬くなり、脆くなります。

同様の問(wèn)題は，高弾性高分子の発泡體やスポンジ材料にも存在する。

この「宇宙スポンジ」材料は無(wú)秩序に配列された単層グラフェンシートが共有結(jié)合化學(xué)架橋によって構(gòu)成され、液體ヘリウム溫度領(lǐng)域に低い極端な低溫條件下では室溫と同じ力學(xué)的性質(zhì)を有し、高回復(fù)性のスーパー弾性を含み、不変のYoung率（固體材料の変形に対する抵抗能力を記述する物理量）、ゼロ近傍の停松比（材料の橫方向変形を反映する弾性定數(shù)）及び優(yōu)れた疲労抵抗性能を有する。

チーム研究者によると、このような低溫超弾性性能と4 Kから1273 Kの溫度範(fàn)囲で溫度に影響されない弾性及び機(jī)械的性質(zhì)を有する他の材料は報(bào)告されていない。

獨(dú)自に構(gòu)築した機(jī)械的性質(zhì)試験システムにより、陳永勝チームは4-1273 K（約-269℃～1000℃）の溫度範(fàn)囲における三次元グラフェン材料の各種機(jī)械的性質(zhì)を精密かつ系統(tǒng)的に試験した。チーム改造の走査電子顕微鏡とその場(chǎng)溫度変化試料臺(tái)を利用して、三次元グラフェン材料の極低溫と高溫條件下での圧縮-弾戻し過(guò)程における微細(xì)構(gòu)造の変形特徴を得た。

本研究チームは，深い低溫條件において，グラフェンと三次元グラフェン材料の顕著な機(jī)械的安定性が外部宇宙および他の極端な低溫または劣悪な環(huán)境における応用のための最良の研究対象となることを指摘した。

他の二次元ナノ材料は、グラフェンに類(lèi)似した構(gòu)造を持つと、例えば、グラフェン、シリコン、平面ゲルマニウム、及び二次元Bi 1?xSbxシートなどの構(gòu)造要素として、三次元グラフェンに類(lèi)似した方法で組み立てられ、得られたマクロ材料も二次元構(gòu)造ユニットの獨(dú)特な性質(zhì)を十分に保持し、巨視的な特異性を示す可能性がある。

この研究は南開(kāi)大學(xué)の陳永勝教授チームとアメリカライス大學(xué)のPlickel Ajayan教授チームが協(xié)力して完成し、國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金などの支持を得たという。

論文リンク：https://advancers.science mag.org/content/5/4/eaav 2589