重大突破:石墨烯片可通过放电等离子体烧结技术制成强度极大的多孔材料

2016-09-06 10:31:28     作者:管策      来源:雷锋网

美国莱斯大学科学家们主导的一项研究证明,由石墨烯片烧制成的固体材料也许会非常适合用来作为骨植入材料。

美国莱斯大学科学家们主导的一项研究证明,由石墨烯片烧制成的固体材料也许会非常适合用来作为骨植入材料。

参与这项研究的人员利用放电等离子体烧结技术,将氧化石墨烯片制成了多孔固体材料。和传统的骨植入材料钛相比,这种多孔材料在力学性能和生物相容性上的表现都要更好。

研究人员们相信,这一技术加上石墨模具,将可以用来制造非常复杂的石墨烯材料,而且耗时只需数分钟,比起处理特种金属来更方便。

此次研究论文的共同第一作者莱斯大学博士后助理研究员 Chandra Sekhar Tiwary 表示:“石墨烯是一种非常有趣的材料,用途广泛,它的生物相容性也很好。我们考虑用石墨烯来作为骨植入材料是因为四个方面:力学性能、密度、多孔性以及生物相容性。”

Tiwary 表示,工业界一般用放电等离子体烧结技术来制造复杂的陶制零件。“只要有很高的电压就可以立刻将石墨烯片烧结在一起,无需很高的气压或温度。”通过这一技术烧制的石墨烯固体材料孔隙度达到了近 50%,密度仅为石墨的一半和钛的四分之一,但其抗压强度却有 40 兆帕,足以用作骨植入材料。石墨烯片之间的连接力足以保证材料不会在水中解体。

研究人员们还可以通过改变电压来控制这一材料的密度。他们在室温条件下做了一系列试验,尝试 200 到 400 摄氏度的烧结温度,结果显示烧结温度在 300 摄氏度时获得的材料性能最好。Tiwary 说道:“二维材料的好处是可以连接的地方有很多。对于石墨烯来说,你只要突破一个很小的活化障碍就能得到非常强的连接。”

他们还测试了这种固体材料的承载能力,接受测试的材料由两层到五层石墨烯烧结而成,最高可以承受 70 微牛顿的力。德州大学安德森癌症中心的研究人员还成功地在这一材料上培育成活了细胞,证明了其生物相容性。此外,德州大学安德森癌症中心的研究人员还发现,烧结过程会让氧化石墨烯片变成更牢固、更稳定的纯双层石墨烯。

主导此次研究的莱斯材料实验室科学家 Pulickel Ajayan 认为:“这一材料显示出了非常规材料在常规技术中的可能用途,但前提是二维石墨烯层可以大量被制成具备合适密度和强度的三维固体材料。”

“实现这一目标面临的最大挑战是,在工程上让这些纳米材料形成连接和牢固的接触面。在这次研究中,用放电等离子体烧结技术来将石墨烯片制成三维固体材料就非常有效。”

Via Rice.edu



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