同時具有優(yōu)異電導(dǎo)率和強度的高性能塊狀石墨 (HPBG) 需求量很大，但它仍然至關(guān)重要且具有挑戰(zhàn)性。本文介紹了一種新方法，利用 MOF 衍生的納米多孔金屬/碳復(fù)合材料作為前體來規(guī)避這種傳統(tǒng)的權(quán)衡。所得的塊狀石墨由密集堆積的多層石墨烯片組成，這些石墨烯片用多種鈷形式（納米顆粒、單原子和簇）功能化，在各個方向上表現(xiàn)出前所未有的電導(dǎo)率（平面內(nèi)：7311 S cm?¹，平面外：5541 S cm?¹）和優(yōu)異的機械強度（彎曲：101.17±5.73 MPa，壓縮：151.56±2.53 MPa）。Co 納米顆粒充當(dāng)自催化劑和粘合劑，通過放電等離子燒結(jié)促進(jìn)高度石墨化的石墨烯層之間的強層間粘附。石墨和 Co 之間的強納米界面在石墨烯納米片之間創(chuàng)建了關(guān)鍵橋梁，促進(jìn)了高效的電子遷移，并提高了組裝的塊狀納米復(fù)合材料的強度和剛度。利用這些卓越的性能，實際演示凸顯了這種堅固材料在需要卓越電磁干擾屏蔽和高效加熱的應(yīng)用中的巨大潛力。一種創(chuàng)新的方法有效地將電導(dǎo)率與機械性能分離，為創(chuàng)建適合不同應(yīng)用領(lǐng)域的 HPBG 鋪平了道路。
圖 1. a) C/CoB 制造過程示意圖。b) ZIF-67 和 C/Co 的 XRD 圖案。c) 在不同燒結(jié)溫度下制備的 C/CoB 的 XRD 圖案。d) C/CoB-1400、C/CoB-1600、C/CoB-1800 和 C/Co 的 ID/IG 值的拉曼光譜。e–g) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的橫截面 SEM 圖像。h–j) C/Co 和 C/CoB-1800 的 C 1s、Co 2p 和 N 1s XPS 光譜。
圖 2. (C/CoB-1800 的微觀結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)結(jié)構(gòu)。a) TEM 圖像。b) 詳細(xì)放大的 TEM 圖像。c) HRTEM 圖像。d) 詳細(xì)放大的 HRTEM 圖像。e) 碳基質(zhì)區(qū)域的 HAADF-STEM 圖像。f-f1) Co、N、C 和 O 的元素映射圖像。g) Co 的詳細(xì)放大 HAADF-STEM 圖像。h) Co K 邊 XANES 光譜，i) Co 箔、CoPc、Co3O4、CoO 和 C/CoB-1800 在 R 空間中的 EXAFS 光譜。j) Co k3 ?(k) 振蕩曲線，k) C/CoB-1800 的 EXAFS 光譜的傅里葉變換和相應(yīng)的擬合曲線。l–o) CoO、Co 箔、CoPc 和 C/CoB-1800 的小波變換 (WT)。
圖3. a) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的抗彎強度；b) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的抗壓強度。c) 不同燒結(jié)溫度下 C/CoB 的密度和相對密度。d) 商用 HPBG 和 C/CoB-1800 物理特性的雷達(dá)圖比較（表 S4，支持信息）。e) C/CoB 微觀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖 4. C/CoB-1800 在 a) X 波段、b) Ku 波段和 c) K 波段的 EMI 屏蔽性能。d) C/CoB-1800 的 R、T 和 A 系數(shù)。e) C/CoB-1800 的抗壓強度和 EMI SET 值與報道的碳基 EMI 屏蔽塊體的比較（表 S9，支持信息）。f) 典型塊體材料與 C/CoB-1800 的 EMI 屏蔽性能和電導(dǎo)率比較（表 S7，支持信息）。
圖 5. a) 不同輸入電壓下C/CoB-1800的溫度-時間曲線。b) 不同輸入電壓下C/CoB-1800的紅外圖像。c) 實驗數(shù)據(jù)和表面溫度與U2的線性擬合。d) 0.8 V下第5和10個周期C/CoB-1800的循環(huán)穩(wěn)定性。e) 梯度電壓變化下C/CoB-1800的表面溫度。f) 0.8 V通電5分鐘后木材厚度與表面溫度關(guān)系分布圖。g) 不同厚度木板背面表面溫度的紅外圖像。h) 用于模擬房屋木地板加熱器的塊體示意圖。i) 描繪白熾燈在特斯拉線圈影響下有無C/CoB-1800變化的圖像。j) 安裝C/CoB-1800前后房屋的電場和磁場值。
相關(guān)科研成果由東華大學(xué)Wan Jiang, Lianjun Wang, Qi Zheng等人于2025年發(fā)表在Advanced Science上。原文：Breaking the Trade-Off Between Electrical Conductivity and Mechanical Strength in Bulk Graphite Using Metal–Organic Framework-Derived Precursors
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202416210
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
