湖南大学涂川俊课题组在传统碳石墨材料领域取得研究进展

近日，湖南大学材料科学与工程学院涂川俊课题组基于传统碳石墨材料，以“ Superior mechanical properties of sulfonated graphene reinforced carbon-graphite composites ”为题，在国际工程技术顶级期刊《 CARBON 》（ IF=7.082 ）上发表最新研究成果。该文第一作者和通讯作者为涂川俊老师。

碳石墨材料因其轻质、高强、耐蚀、抗热震、导电导热性及自润滑性能优异，被认为是航天航空、交通运输和能源化工等领域的战略材料。但碳石墨材料因先天结构缺陷，如不可避免的有害裂纹等，导致其在成型、热处理过程中极易产生缺陷，进而劣化材料的服役性能。既有研究多集中于 “ 先天不足后天补 ” 式的多次浸渍 多次热处理研究，而对如何调控碳石墨材料的首次结构，如何同步提升复合材料的韧性和强度的研究鲜有突破。基于此，涂川俊课题组借助磺化石墨烯（ SG ，表面富含磺酸基团），对由超细焦碳粉和改性煤沥青组成的复合体系进行微结构调控，促进复合材料中骨料相的 “ 骨架 ” 结构构筑。研究发现， SG 在骨料相焦碳粉和粘结剂相煤沥青间起“桥梁”作用，增强了煤沥青对焦粉的吸附力，进而在焙烧过程中促进了焦碳颗粒的融合长大，提高了碳石墨材料内部结构的整体性，减少有害裂纹的萌生与扩展，使传统碳石墨复合材料首次结构整体性和力学性能得到明显提高。这一材料体系的选择和微结构调控为制备高性能碳石墨材料提供了一个崭新思路。

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(a) 压缩应力 - 应变曲线图 , (b) 弯曲应力 - 应变曲线图和 (c) 摩擦系数图

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(a) 纳米压痕载荷 - 位移曲线图 , (b) 维氏硬度及弹性模量图

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摘要附图

上述研究还得到了苏州高通新材料科技有限公司、“先进炭材料及应用技术”湖南省重点实验室等单位的支持帮助，同时得到国家自然科学基金项目（ 51772081 、 51837009 ）等基金的资助。