來源 | Nature Communications

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背景介紹

氣凝膠、泡沫和海綿等多孔材料具有許多獨特的機械、熱學、電學和化學性能，在隔熱、吸附、傳感器、催化、儲能等方面具有廣闊的應用前景。各種柔性多孔材料，包括可壓縮的、可彎曲的和可拉伸的多孔材料，已經通過優化它們的多孔微結構而得到廣泛的研究。其中，可拉伸氣凝膠和泡沫尤其具有吸引力，因為它們在柔性應變/壓力傳感器、可拉伸導體、柔性電池、柔性超級電容器、可拉伸電磁干擾(EMI)屏蔽材料、可拉伸熱管理材料等方面具有潛在的應用前景。雖然可壓縮和可彎曲氣凝膠和泡沫已經被廣泛研究和報道，但關于可拉伸氣凝膠和泡沫的報道卻少得多。許多特殊設計的結構，如細胞和層狀結構，可以賦予多孔材料高壓縮性和彈性。然而，氣凝膠和泡沫的高度多孔結構通常在拉伸時容易破裂。實現高度可拉伸的氣凝膠和泡沫是一個巨大的挑戰。

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成果掠影

近期，同濟大學祖國慶課題組受中國傳統折紙工藝啟發，采用單軸/雙軸/三軸熱壓策略，調控氣凝膠多孔結構，構建了具有折疊和內凹多孔結構的高可拉伸、低/負泊松比還原氧化石墨烯（rGO）/聚合物基多孔超材料。該文報道了通過單軸、雙軸和三軸熱壓策略獲得的具有低泊松比或負泊松比的高拉伸多孔氧化石墨烯/聚合物納米復合彈性體。具有正泊松比的高可壓縮性氣凝膠可以通過這些熱壓策略轉化為具有零或負泊松比的高可拉伸多孔超彈性體。具有壓縮和折疊多孔結構的單軸熱壓多孔彈性體具有較高的拉伸性能，斷裂伸長率為1250%，可逆伸長率大于800%。此外，通過雙軸(或三軸)熱壓得到的具有可重入孔結構的多孔間彈性體具有較高的雙軸(或三軸)拉伸性能和負泊松比。證明了所得到的多孔彈性體可以應用于超寬響應應變(0-1200%)和壓力(0-9.5 MPa)傳感器。此外，它們可以應用于智能熱管理和電磁干擾屏蔽，這是通過簡單地通過拉伸來調節多孔微結構來實現的。這項工作為高度可拉伸和負泊松比多孔材料開辟了一條道路，在柔性電子、熱管理、電磁干擾屏蔽、能量存儲等方面具有應用可能性。該成果以“Stretchable and negative-Poisson-ratio porous metamaterials”為題發表在《Nature Communications》。

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圖文導讀

圖1. 可拉伸負泊松比多孔超材料制備與應用。

圖2. 多孔超材料的形貌、可拉伸性和泊松比。

圖3.多孔超材料拉伸原位形貌及其在熱壓與拉伸過程中的有限元分析。

圖4. rGO/聚合物復合多孔超材料的應變/壓力傳感性能和應用。

圖5. rGO/聚合物復合多孔超材料可調的熱管理與電磁屏蔽性能。

★ 平臺聲明

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