Bulk Amorphous Carbon with Lightweight, High Strength, and Electrical Conductivity: Onion-Like Carbon Structures Embedded in Disordered Graphene Networks

石墨烯 化学 碳纤维 电导率 无定形固体 电阻率和电导率 无定形碳 化学工程 纳米技术 复合材料 有机化学 复合数 物理化学 电气工程 工程类 材料科学
作者
Meng Hu,Ji-Wei Pang,Yuan Tang,Mengdong Ma,Junwen Huang,Penghui Li,Lu Shi,Zhong Yan,Zihe Li,Jianning Ding
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (23): 11786-11795 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c01468
摘要

Amorphous carbon exhibits superior performance over its crystalline counterparts due to its unique structural configuration characterized by short-to-medium-range ordered and long-range disordered structure, which fundamentally expands its potential applications in advanced technological fields. The exploration and preparation of novel bulk amorphous carbon materials through innovative synthesis approaches remain crucial in materials research. Here, we successfully synthesized bulk amorphous carbons composed of onion-like carbon structures embedded in disordered graphene networks prepared via spark plasma sintering of carbon black at a pressure of 50 MPa and temperatures ranging from 1700 to 2200 °C. The bulk amorphous carbon demonstrates a unique combination of low density and exceptional mechanical and electrical properties. The sample synthesized at 2200 °C exhibits superior mechanical properties with nanoindentation hardness of 603 MPa, Young's modulus of 6.78 GPa, compressive strength of 169 MPa, and flexural strength of 69 MPa, comparable to the commercial ISO-68 graphite from Toyo Tanso Co., Ltd. In addition, this bulk amorphous carbon exhibits excellent electrical conductivity, reaching 9.3 × 103 S/m at room temperature. This type of bulk amorphous carbon demonstrates particular promise for advanced applications in aerospace engineering, energy storage, electronic devices, and precision machinery manufacturing.
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