我國成為石墨烯基礎研究領域領跑者

沈英甲

國際石墨烯研究徘徊經年的沉悶局面終于被打破了。北京航空材料研究院的一組年輕科研人員在國際石墨烯研究領域首創“烯合金”材料，這一具有里程碑意義的重大自主創新，不但發明了一類具有優異性能的新型高端合金材料，也使我國成為石墨烯這一材料科學前沿基礎和應用研究的領跑者。“烯合金”這一合金材料嶄新名詞從此載入世界材料科技發展的史冊。5月上旬，記者在北京航空材料研究院見證了烯合金的誕生。

石墨烯納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料，其展現出一系列不同尋常的物理性能。2004年Novoselov等利用膠帶剝離法制備出石墨烯納米片樣品，并對其微觀組織結構和物理學性能進行了表征。石墨烯是迄今為止實驗發現的最堅韌，導電和導熱最好的材料。石墨烯納米片因其特殊的二維結構，引起了物理、化學和材料學界研究者的的極大興趣。為盡快使石墨烯達到工程應用狀態，歐盟在2012年啟動石墨烯旗艦技術項目，美國也大力投入，并且在石墨烯作為超強電容器等應用研究已取得了某些突破性進展。石墨烯是理想的復合材料納米填料。由于石墨烯具有高強度，如何利用其來提高復合材料的強度成為研究熱點。目前已有關于石墨烯納米片增強高分子聚合物和陶瓷材料的報道。北京航空材料研究院的年輕科研人員勇于標新立異，他們采用球磨和粉末冶金方法成功制備出石墨烯增強鋁基納米復合材料（命名為“鋁基烯合金”），在世界上首次發現石墨烯納米片在保持材料良好塑性的同時，顯著提高了其強度。他們利用OM，SEM和TEM對鋁基烯合金微觀組織結構進行表征，并測試其拉伸性能。結果表明：石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體中，與基體形成良好的結合界面，且石墨烯納米片與鋁合金基體未發生化學反應，并保留了原始的納米片結構；鋁基烯合金中石墨烯納米片含量為0.3%（質量分數，下同）時，鋁基烯合金的屈服強度和抗拉強度分別達到322MPa和455MPa，較未添加石墨烯納米片的合金分別提高58%和25%，且合金的伸長率沒有降低。

烯合金的研制成功，宣告一代新型具有特殊優異性能的系列材料橫空出世，填補了世界材料科學領域的空白，進而將這門學科推向全新的領域。目前，北京航空材料研究院的年輕科研人員正對石墨烯研究的更多未知領域進行進一步探索，對石墨烯納米片增強增韌行為的深入研究正在后繼工作中展開。