AM：一种力学性能异常的双结构石墨烯超材料

通常，固体材料在垂直方向拉伸时表现为横向收缩，在压缩条件下表现为横向膨胀。然而，当柔性石墨烯纳米片组装成三维(3D)多孔结构时，微纳米片的取向排列带来的定向变形可能会导致异常的力学性能。

近日，哈工大李宜彬教授，兰州大学张强强教授通过控制原位冷冻铸造过程中冰生长的温度梯度，组装了一种具有双结构形貌的三维（3D）分层石墨烯超材料（GTM）。

文章要点

1）GTM表现出异常的各向异性压缩性能，具有可编程的泊松比（PR）和沿不同方向改善的力学性能（例如，弹性、强度、模量和抗疲劳性）。

2）由于设计的二维（2D）石墨烯薄片的三相变形（弹性弯曲、平面外屈曲和大挠度）作为微观尺度上的基本单元，孪晶结构GTM具有明显的压缩曲线特征和明显的应力平台，并呈强化趋势。这种多尺度变形行为有利于提高大压缩下的能量损失系数。

3）研究人员建立了基于有限元理论的数值模型，对结构设计进行了优化，验证了多尺度可调PR机制和定向结构演化。GTM的力学和热学应用表明，超结构的合理操纵驱动设计为探索性能异常的石墨烯基多功能材料铺平了道路。

参考文献

Zaishan Lin, et al, Twin-structured Graphene Metamaterials with Anomalous Mechanical Properties, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202200444

https://doi.org/10.1002/adma.202200444