近日，國(guó)際材料學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)科學(xué)家的成果，中科大俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)和梁海偉教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種通過(guò)熱解化學(xué)控制，將結(jié)構(gòu)生物材料轉(zhuǎn)化為石墨碳納米纖維氣凝膠材料的新方法。通過(guò)這種方法取得的材料性能優(yōu)異，超輕超彈可經(jīng)受零下100攝氏度到零上500攝氏度的“冰火考驗(yàn)”。

輕盈、堅(jiān)韌、具備“超彈性”、耐得住高溫、受得了低溫，很多材料具備其中一種或幾種特性，但能夠全部具備的少之又少，是航空航天、軟體機(jī)器人、機(jī)械緩沖、能量阻尼等領(lǐng)域炙手可熱的理想材料。近年來(lái)，國(guó)際科學(xué)界希望通過(guò)碳納米管和石墨烯來(lái)研制出這樣的材料，但是不僅面臨工藝復(fù)雜的困難，還只能制備出毫米級(jí)尺寸的“小物件”，尺寸再增大樣品就會(huì)坍塌。

在頻繁的失敗面前，自然界成了科學(xué)家嘗試突破的方向，然而這一希望也很快宣告破滅。縱然有些生物材料具備優(yōu)異的力學(xué)性能，但它們純有機(jī)或含有機(jī)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一般只能在很窄的溫度范圍工作。例如人體的肌腱，就是一種很好的抗疲勞材料，可以不斷地拉伸，但它只能在人的體溫范圍內(nèi)正常運(yùn)行。

就像木頭又輕又韌，但誰(shuí)都知道它不耐高溫，因此木頭甚至不能出現(xiàn)在摩擦力較大的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)上，但如果把碳以外的元素都拿走呢？俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)和梁海偉教授課題組的熱解化學(xué)控制，就是借鑒自然界中的一些天然材料的結(jié)構(gòu)，去除其中的氫、氧元素，只留下碳，最終將結(jié)構(gòu)生物材料轉(zhuǎn)化為石墨碳納米纖維氣凝膠材料。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，新型石墨氣凝膠材料具備優(yōu)異性能，每立方厘米重量6毫克左右，經(jīng)歷200萬(wàn)次壓縮循環(huán)后仍能保持超彈性而不變形，在零下100攝氏度到零上500攝氏度的溫度范圍內(nèi)均能保持超彈性和抗疲勞性能，在航天太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、能量緩沖和壓力傳感裝置等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

氣凝膠并不是最近才有的材料類(lèi)型，早在1931年，人們就用二氧化硅制造出了它。氣凝膠的內(nèi)部有很多孔隙，孔隙里面充滿空氣，所以非常輕。為了形容它的輕，人們還給它取了一個(gè)外號(hào)——凝固的煙。2011年，美國(guó)科學(xué)家以鎳材料做出的氣凝膠，成為了當(dāng)時(shí)世界上最輕的材料，在真空中，1立方厘米的這種氣凝膠只有0.9毫克重，比空氣還要輕。

氣凝膠其實(shí)是一種固體物質(zhì)形態(tài)，也是世界上密度最小的固體，由于其極低的密度、高比表面積和高孔隙率，從而能表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、及電學(xué)性能，在眾多領(lǐng)域之中都具有廣泛的應(yīng)用前景。但以往人們難以通過(guò)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式大量制備，不過(guò)中國(guó)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)讓這種新材料可“大尺寸”、大批量合成，并具有生物材料的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，相信這種材料很快會(huì)在相關(guān)領(lǐng)域嶄露頭角。