Engineering a Hierarchy of Disorder: A New Route to Synthesize High‐Performance 3D Nanoporous All‐Carbon Materials**

材料科学 纳米孔 纳米技术 等级制度 碳纤维 复合材料 复合数 经济 市场经济
作者
Jong Hak Lee,N. Duane Loh,Zhen Yuan Yeo,Yong Kang Ong,Deepan Balakrishnan,Carlos Limpo,Abhik Datta,Cagdas Cetin,Shoucong Ning,Clarissa Wong,Jian Shi,Fuchen Hou,Junhao Lin,Tadahiro Minamikawa,Tomonori Ito,Hiroyuki Kamisuki,Stephen J. Pennycook,Paul Matsudaira,Barbaros Özyilmaz
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (32) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adma.202402628
摘要

Abstract A new nanoporous amorphous carbon (NAC) structure that achieves both ultrahigh strength and high electrical conductivity, which are usually incompatible in porous materials is reported. By using modified spark plasma sintering, three amorphous carbon phases with different atomic bonding configurations are created. The composite consisted of an amorphous sp 2 ‐carbon matrix mixed with amorphous sp 3 ‐carbon and amorphous graphitic motif. NAC structure has an isotropic electrical conductivity of up to 12 000 S m −1 , Young's modulus of up to ≈5 GPa, and Vickers hardness of over 900 MPa. These properties are superior to those of existing conductive nanoporous materials. Direct investigation of the multiscale structure of this material through transmission electron microscopy, electron energy loss spectroscopy, and machine learning‐based electron tomography revealed that the origin of the remarkable material properties is the well‐organized sp 2 /sp 3 amorphous carbon phases with a core–shell‐like architecture, where the sp 3 ‐rich carbon forms a resilient core surrounded by a conductive sp 2 ‐rich layer. This research not only introduces novel materials with exceptional properties but also opens new opportunities for exploring amorphous structures and designing high‐performance materials.
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