该假彩色扫描电子显微镜图像显示了顺序键合的石墨烯片的断裂表面。

由中国北京航空航天大学和德克萨斯大学达拉斯分校科学家领导的国际研究小组已经开发出高强度超韧碳片，可以在低温下廉价制造。

该团队通过化学方法将石墨碳的小片化学拼合在一起，这与普通铅笔的软铅中发现的石墨相似。制造过程导致材料的机械性能超过目前用于各种商业产品中的碳纤维复合材料的机械性能。

“这些床单最终可能会取代昂贵的碳纤维复合材料，用于从飞机和汽车车身到风车叶片和运动设备等各种用途，”博士说

今天的碳纤维复合材料价格昂贵，部分原因是碳纤维的生产温度极高，可能超过2500摄氏度（华氏约4500华氏度）。

“相比之下，我们的工艺可以使用石墨，从地面上便宜地挖出并在低于45摄氏度（113华氏度）的温度下处理，”北航大学化学教授说。“这些片材在所有面内方向上的强度与叠层碳纤维复合材料的强度相当，并且在碳纤维复合材料失效前它们可以吸收更高的机械能。”

石墨由由石墨烯堆叠层组成的小片组成。石墨烯仅仅是一层碳原子，排列成一个看起来像一个鸡丝网栅栏的图案，网格中的每个六边形都由六个碳原子组成。

“虽然科学家可以通过高温处理连续制造大片石墨烯，并且显示这些片材具有显着的强度，但仅通过堆叠大面积石墨烯片来制造厚的石墨板是不切实际的，”博士说。“人们需要堆叠大约150,000个石墨烯片来制造具有大约人类头发厚度的石墨片。”

研究人员在天然珍珠母中发现了灵感，也被称为珍珠母，这赋予了贝壳的强度和韧性。珍珠层由平行的薄片组成，它们由有机材料的薄层粘合在一起，类似于用砂浆将墙上的砖粘在一起。

研究员说：“我们不是机械地堆叠大面积石墨烯片，而是将微米尺寸的石墨片氧化成可以分散在水中，然后过滤这种分散体，以低成本制造定向氧化石墨烯片。“这个过程类似于通过过滤纤维浆来手工制造纸张。

“在这个阶段，床单既不牢固也不坚韧，这意味着它们在破裂之前不能吸收太多能量，”他说。“我们使用的技巧是使用依次渗透的桥联剂将这些片中的血小板缝合在一起，这些桥接剂将互相重叠的相邻血小板相互连接，并将氧化的氧化石墨烯转化为石墨烯。关键在于我们的桥接剂通过形成共价化学键和范德华键“。

北航大学博士生表示，纳入桥联剂的片材比不含片剂的片材强4.5倍和7.9倍。“与碳纤维复合材料不同，不需要聚合物基体，”他说。

教授表示：“虽然昂贵的碳纤维复合材料片可以在所有的薄板平面方向上提供类似的强度，但它们在断裂前能够吸收的能量大约是我们的顺序桥接石墨烯薄片的三分之一。“由于我们的片材是在低温下制造的，因此它们的成本低廉，除了表现出较高的片材强度，韧性和抗疲劳性之外，它们具有高导电性并且能够屏蔽电磁辐射，这些性能使得这些顺序桥接的石墨烯片对未来可能的应用非常有吸引力。“