碳以多種形式存在于地球，天然碳材料“剛而不柔”，優(yōu)點(diǎn)是輕、硬、耐高溫，缺點(diǎn)是脆。人工合成的多孔碳材料是國(guó)際研究熱點(diǎn)，其中最出名的是石墨烯，多孔碳能導(dǎo)電，但“脆”仍制約其應(yīng)用。


為了讓多孔碳“剛?cè)岵?jì)”，俞書宏團(tuán)隊(duì)巧妙借鑒人類“足弓”結(jié)構(gòu)。


“人的腳是骨骼、肌腱、肌肉等組成的拱形結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固、輕巧、彈性好，能承受壓力、緩沖震蕩，給我們啟發(fā)。”俞書宏介紹，近期他們用雙向冰模板技術(shù)，構(gòu)筑出一種由“微拱結(jié)構(gòu)”堆疊成的多孔碳材料。


經(jīng)檢測(cè)，這種新材料柔韌性極佳，被拉長(zhǎng)至1.2倍或壓縮至五分之一，仍可回彈復(fù)原，還可耐受從-100℃到350℃的溫度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超天然碳材料的超強(qiáng)性能。


研究人員將其命名為“碳彈簧”，并用它研制出新型磁性和振動(dòng)傳感器，前者可探測(cè)到0.4毫特斯拉的微小磁場(chǎng)，后者可檢測(cè)每秒1000次、振幅0.5%的高頻微小振動(dòng)，包括模擬地震波。


“這兩種傳感器能在極溫下工作，使其應(yīng)用于外太空探測(cè)成為可能?！敝锌拼蟾毖芯繂T高懷嶺展望說(shuō)，比如探測(cè)地外星球的磁場(chǎng)強(qiáng)度、地殼運(yùn)動(dòng)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等。


有趣的是，通過(guò)原位掃描電鏡觀察，“碳彈簧”內(nèi)部的“波浪形”層疊結(jié)構(gòu)，很像煎餅果子里的薄脆。為何薄脆很“脆”，“碳彈簧”卻很韌？據(jù)悉，“碳彈簧”的內(nèi)部微拱形單元厚度僅約100納米，跨度卻達(dá)到約100微米，上千倍的“跨度厚度比”，是其“剛?cè)岵?jì)”的秘密所在。