设计一个混乱的层次结构:合成高性能3D纳米孔全碳材料的新途径*

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 纳米技术纳米技术
• 碳 材料 碳材料

背景情况:

• 多孔材料通常在机械强度和电导率之间进行权衡.
• 开发具有同时高强度和导电性的材料是一个重大挑战.

研究的目的:

• 设计一种具有增强机械和电气性能的新型纳米孔状无形碳 (NAC) 结构.
• 调查管理新NAC材料性能的结构-属性关系.

主要方法:

• 修改的火花等离子烧结被用来创建三个不同的无形碳相.
• 使用了先进的特征技术,包括传输电子显微镜,电子能量损失光谱和基于机器学习的电子断层扫描.
• 多尺度结构分析侧重于sp2和sp3碳相的排列.

主要成果:

• 合成的NAC结构表现出高达12,000 S m-1的同位素电导率,约5 GPa的扬模量,以及超过900 MPa的维克尔硬度.
• 这些特性超过了现有的导电纳米孔状材料的性能.
• 一个具有弹性sp3丰富的核心和导电sp2丰富的外的核心外架构被确定为卓越性能的起源.

结论:

• 新型NAC材料展示了超高强度和高电导率的独特组合.
• 组织良好的sp²/sp³形态碳相对于实现这些特殊性质至关重要.
• 这项研究为设计具有量身定制的性能特征的先进无形材料开辟了新的途径.