Forskere udvikler en kulstoffjeder med høj komprimerbarhed og strækbarhed

Mekanisk fleksibilitet er en nøglefaktor, der bestemmer porøse kulstofmaterialers stabilitet og holdbarhed. Den komprimerende sprødhed af porøse kulstofmaterialer er blevet godt løst. Imidlertid, reversibel strækbarhed er stadig en stor udfordring på grund af de svage forbindelser mellem de tredimensionelle porøse kulstofnet.

I en undersøgelse offentliggjort i Avancerede materialer , et team ledet af prof. YU Shuhong fra University of Science and Technology of China (USTC) udviklede et superelastisk porøst kulstofmateriale med både høj komprimerbarhed og strækbarhed, kaldet "kulstoffjeder". Dens unikke mikrostruktur og egenskaber gør den til et ideelt materiale til fremstilling af intelligente vibrationer og magnetiske sensorer.

Inspireret af den elastiske deformation af buet bue, forskerne introducerede en unik langdistance lamellær multi-arch mikrostruktur for at løse både komprimerende og trækbare problemer med porøse kulstofmaterialer. Kulfjedrene, der er udviklet baseret på denne mikrostruktur, kan opnå reversibel træk- og trykdeformation i det store belastningsområde på -60% til 80% og kan fuldstændigt rebound. Denne elastiske adfærd ligner den for en ægte metallisk fjeder.

Brug af kulstoffjederen som en vigtig komponent, forskerne udviklede en belastningssensor, der kan registrere små vibrationer. Grænsen for belastningsdetektering for vibrationssensoren var mindst ± 0,5%, og den maksimale detekterede vibrationsfrekvens var mindst 1000 Hz. Vibrationssensoren kan reagere følsomt på en række komplekse vibrationsmønstre såsom simulerede seismiske vibrationer.

Ud over, ved at samle Fe ₃ O ₄ nanopartikler ind i kulstoffjederen, forskerne opnåede en magnetisk kulstoffjeder, der kan drives af magnetfelt. Baseret på denne kulstoffjeder, en ny type magnetismesensor blev fremstillet, som kunne reagere stabilt på et lille magnetfelt med en detektionsgrænse på så lille som 0,4 mT.

Disse to sensorer kunne begge fungere stabilt i temperaturer fra -100 til 350 ° C.

Dette arbejde giver en effektiv måde at konstruere nye intelligente vibrations- og magnetismesensorer på og en ny strategi til at skabe meget strækbare og komprimerbare porøse materialer til ekstreme applikationer fra andre uorganiske komponenter.