石墨烯和碳纳米管一起用于制造新的可拉伸气凝胶

中国浙江大学的研究人员设计了一种新型的气凝胶，由石墨烯和碳纳米管制成，可以可逆地拉伸到原始长度的三倍以上，显示出与橡皮筋类似的弹性。除了气凝胶的现有特性（如超低密度，重量轻，高孔隙率和高导电性）之外，这种可拉伸性可能会带来令人兴奋的新应用。

科学家设计的碳气凝胶由石墨烯和多壁碳纳米管组成，组成四级分层结构，范围从纳米到厘米。为了将这种材料制成气凝胶，研究人员创造了一种由氧化石墨烯和纳米管组成的油墨，然后通过喷墨印刷形成了气凝胶。

试验表明，新型气凝胶的拉伸强度比以前的气凝胶高5倍。他们发现石墨烯和碳纳米管之间的强原子键合会产生协同效应，从而产生更大的拉伸弹性和稳定性。此外，新型气凝胶可承受极端温度，这与大多数先前在可拉伸气凝胶中的尝试不同，其中气凝胶在暴露于热或冷时变得粘稠或易碎。

为了展示一种可能的应用，研究人员将三种新的可拉伸气凝胶附着在蛇形机器人的关节上。气凝胶用作监测机器人运动和配置的传感器。与仅能检测单向变形的传统传感器不同，气凝胶传感器可以区分多种配置，这表明新一代传感器具有复杂形状变化的逻辑识别能力。

可拉伸气凝胶的其他潜在应用包括可穿戴电子设备，航空航天应用，能量产生和存储，以及将它们用作轻型机械装置，尤其是在极端温度条件下。

“这种橡胶状碳气凝胶开启了许多可能性，”该团队表示。“首先，碳橡胶的强度和杨氏模量[拉伸弹性的量度]低于聚合物弹性体。一般来说，聚合物橡胶的杨氏模量比我们的碳橡胶高1-2个数量级。

“其次，我们正在努力使碳气凝胶更具机械强度，以承受极端和复杂的变形，例如更高的伸长率和扭转。同时，可以探索这种新型碳橡胶的更多应用，并且可以实现其他类型的无机橡胶通过这种等级协同组装方法。”