同時具有優異電導率和強度的高性能塊狀石墨 (HPBG) 需求量很大，但它仍然至關重要且具有挑戰性。本文介紹了一種新方法，利用 MOF 衍生的納米多孔金屬/碳復合材料作為前體來規避這種傳統的權衡。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，在各個方向上表現出前所未有的電導率（平面內：7311 S cm?¹，平面外：5541 S cm?¹）和優異的機械強度（彎曲：101.17±5.73 MPa，壓縮：151.56±2.53 MPa）。Co 納米顆粒充當自催化劑和粘合劑，通過放電等離子燒結促進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建了關鍵橋梁，促進了高效的電子遷移，并提高了組裝的塊狀納米復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用中的巨大潛力。一種創新的方法有效地將電導率與機械性能分離，為創建適合不同應用領域的 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 的微觀結構特征和化學結構。a) TEM 圖像。b) 詳細放大的 TEM 圖像。c) HRTEM 圖像。d) 詳細放大的 HRTEM 圖像。e) 碳基質區域的 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 物理特性的雷達圖比較（表 S4，支持信息）。e) C/CoB 微觀結構示意圖。
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。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) 實驗數據和表面溫度與U2的線性擬合。d) 0.8 V下第5和10個周期C/CoB-1800的循環穩定性。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。
相關科研成果由東華大學Wan Jiang, Lianjun Wang, Qi Zheng等人于2025年發表在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
轉自《石墨烯研究》公眾號
