同時(shí)具有優(yōu)異電導(dǎo)率和強(qiáng)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(lái)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(gè)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(jī)械強(qiáng)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(guò)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(qiáng)層間粘附。石墨和 Co 之間的強(qiáng)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(qiáng)度和剛度。利用這些卓越的性能，實(shí)際演示凸顯了這種堅(jiān)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(jī)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(guò)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(xiàn)，k) C/CoB-1800 的 EXAFS 光譜的傅里葉變換和相應(yīng)的擬合曲線(xiàn)。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(qiáng)度；b) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的抗壓強(qiáng)度。c) 不同燒結(jié)溫度下 C/CoB 的密度和相對(duì)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(qiáng)度和 EMI SET 值與報(bào)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(shí)間曲線(xiàn)。b) 不同輸入電壓下C/CoB-1800的紅外圖像。c) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和表面溫度與U2的線(xiàn)性擬合。d) 0.8 V下第5和10個(gè)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(xiàn)圈影響下有無(wú)C/CoB-1800變化的圖像。j) 安裝C/CoB-1800前后房屋的電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(hào)
