新型碳材料，强于石墨烯8倍！

近年来，单层石墨烯等二维材料因优异的机械性能、电学性能以及热学特性受到了广泛的关注，然而脆性问题却限制了其在实际应用中的推广——在外力作用下容易发生断裂，尤其是在承受冲击或弯曲的情况下。

单层无定形碳（MAC）纳米复合材料由无定形碳基体和嵌入其中的纳米晶体相组成，展现出相较于传统二维材料更优异的力学性能。通过合理设计其晶态与无定形相的比例，MAC材料不仅增强了材料的抗裂纹扩展能力，还显著提升了其能量吸收和抗断裂性能。

MAC通过激光辅助化学气相沉积（LCVD）方法合成，展示了比单层石墨烯更为优异的抗裂纹扩展能力。通过原位拉伸测试发现，MAC样品的断裂能释放速率是单层石墨烯的8倍。这一突破性的结果表明，MAC材料不仅能够更有效地抵抗裂纹的传播，还能在裂纹发生时吸收更多的能量，从而防止材料的脆性断裂。此外，在拉伸过程中，MAC样品的裂纹发生了明显的偏转、分叉和桥接现象，而这些现象在纯石墨烯中并未出现。

具体而言，MAC材料的裂纹偏转和分支现象是其增强断裂韧性的关键因素。当裂纹遇到嵌入基体中的晶体域时，裂纹的传播路径被迫发生偏转，这使得裂纹在扩展过程中消耗更多的能量。不仅有效地减少了裂纹扩展的速率，还防止了裂纹的进一步扩展，从而增强了材料的整体抗断裂性能。

随着二维材料在现代科技中的不断突破，MAC正在成为下一代高性能材料的有力竞争者，特别是在柔性电子、能源存储、传感器以及航空航天等领域。

· 柔性电子设备

柔性电子技术是近年来电子产业的一个重要发展方向，具有轻薄、可弯曲、可伸缩等特点，使得智能穿戴设备、智能传感器、可折叠显示器等产品成为可能。然而，柔性电子设备在机械强度和抗裂性能方面面临着极大的挑战。通过MAC材料优异的抗裂纹扩展和能量吸收能力，能够有效提升柔性电子设备在反复弯曲、拉伸和挤压过程中的稳定性和耐用性。例如，在可穿戴设备中，MAC可以用作柔性传感器的封装材料，防止因频繁运动而导致的设备损坏。

· 能源存储与电池技术

在能源存储领域，尤其是锂离子电池和超级电容器等储能设备的制造中，材料的强度和韧性对电池的循环寿命和稳定性至关重要。MAC的结构设计不仅能够有效提高电池的机械强度，防止电池在使用过程中因外力或反复充放电而发生破裂，还能够提高电池在高负荷下的循环稳定性。此外，MAC材料本身的导电性能也使其在超级电容器等储能设备中具有重要的应用价值，帮助提升设备的充放电效率和能量密度。

· 传感器与智能系统

MAC材料由于良好的机械性能和可调的电学特性，在智能传感器领域展现出巨大潜力。由于其具有高韧性，能够在高应力和复杂环境下保持性能稳定，防止因外部冲击或物理变化而导致的性能下降。进一步地，其电学性能可以根据需求进行调节，从而制造出高灵敏度的传感器，在智能设备中应用广泛，例如智能手表、健康监测设备和环境传感器。

· 航空航天与高强度复合材料

在航空航天领域，材料的高强度、高韧性和轻质化是设计关键，尤其是在航天器的结构设计中，如何平衡材料的轻便性与强度要求是一个长期存在的技术难题。MAC凭借其出色的断裂韧性和强度，可以在航空航天器的构建中发挥重要作用。特别是在航天器的外壳和防护层设计中，MAC能够有效应对外部环境的高温、高压以及微小碰撞，保证航天器在进入大气层或在太空中的长期稳定性。此外，作为一种二维复合材料，MAC良好的可调性和多功能性为未来航空航天材料的创新提供了更多可能。

总之，MAC作为一种新型二维材料，在多个领域展现出独特的应用潜力。随着研究的不断深入，MAC的生产工艺和应用技术将进一步成熟，在实际应用中的广泛前景将成为推动新一代高性能材料发展的重要力量。

本站部分内容属转载，版权归原作者所有，特此声明！如果侵犯了您的版权请来信告知，我们将尽快删除

相关新闻