同时具有优异电导率和强度的高性能块状石墨 (HPBG) 需求量很大，但它仍然至关重要且具有挑战性。本文介绍了一种新方法，利用 MOF 衍生的纳米多孔金属/碳复合材料作为前体来规避这种传统的权衡。所得的块状石墨由密集堆积的多层石墨烯片组成，这些石墨烯片用多种钴形式（纳米颗粒、单原子和簇）功能化，在各个方向上表现出前所未有的电导率（平面内：7311 S cm⁻¹，平面外：5541 S cm⁻¹）和优异的机械强度（弯曲：101.17±5.73 MPa，压缩：151.56±2.53 MPa）。Co 纳米颗粒充当自催化剂和粘合剂，通过放电等离子烧结促进高度石墨化的石墨烯层之间的强层间粘附。石墨和 Co 之间的强纳米界面在石墨烯纳米片之间创建了关键桥梁，促进了高效的电子迁移，并提高了组装的块状纳米复合材料的强度和刚度。利用这些卓越的性能，实际演示凸显了这种坚固材料在需要卓越电磁干扰屏蔽和高效加热的应用中的巨大潜力。一种创新的方法有效地将电导率与机械性能分离，为创建适合不同应用领域的 HPBG 铺平了道路。
 
 
图 1. a) C/CoB 制造过程示意图。b) ZIF-67 和 C/Co 的 XRD 图案。c) 在不同烧结温度下制备的 C/CoB 的 XRD 图案。d) C/CoB-1400、C/CoB-1600、C/CoB-1800 和 C/Co 的 ID/IG 值的拉曼光谱。e–g) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的横截面 SEM 图像。h–j) C/Co 和 C/CoB-1800 的 C 1s、Co 2p 和 N 1s XPS 光谱。
 
 
图 2. (C/CoB-1800 的微观结构特征和化学结构。a) TEM 图像。b) 详细放大的 TEM 图像。c) HRTEM 图像。d) 详细放大的 HRTEM 图像。e) 碳基质区域的 HAADF-STEM 图像。f-f1) Co、N、C 和 O 的元素映射图像。g) Co 的详细放大 HAADF-STEM 图像。h) Co K 边 XANES 光谱，i) Co 箔、CoPc、Co3O4、CoO 和 C/CoB-1800 在 R 空间中的 EXAFS 光谱。j) Co k3 ?(k) 振荡曲线，k) C/CoB-1800 的 EXAFS 光谱的傅里叶变换和相应的拟合曲线。l–o) CoO、Co 箔、CoPc 和 C/CoB-1800 的小波变换 (WT)。
 


图3. a) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的抗弯强度；b) C/CoB-1400、C/CoB-1600 和 C/CoB-1800 的抗压强度。c) 不同烧结温度下 C/CoB 的密度和相对密度。d) 商用 HPBG 和 C/CoB-1800 物理特性的雷达图比较（表 S4，支持信息）。e) C/CoB 微观结构示意图。
 
 
图 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 系数。e) C/CoB-1800 的抗压强度和 EMI SET 值与报道的碳基 EMI 屏蔽块体的比较（表 S9，支持信息）。f) 典型块体材料与 C/CoB-1800 的 EMI 屏蔽性能和电导率比较（表 S7，支持信息）。
 

  
图 5. a) 不同输入电压下C/CoB-1800的温度-时间曲线。b) 不同输入电压下C/CoB-1800的红外图像。c) 实验数据和表面温度与U2的线性拟合。d) 0.8 V下第5和10个周期C/CoB-1800的循环稳定性。e) 梯度电压变化下C/CoB-1800的表面温度。f) 0.8 V通电5分钟后木材厚度与表面温度关系分布图。g) 不同厚度木板背面表面温度的红外图像。h) 用于模拟房屋木地板加热器的块体示意图。i) 描绘白炽灯在特斯拉线圈影响下有无C/CoB-1800变化的图像。j) 安装C/CoB-1800前后房屋的电场和磁场值。
  
        相关科研成果由东华大学Wan Jiang, Lianjun Wang, Qi Zheng等人于2025年发表在Advanced Science上。原文：Breaking the Trade-Off Between Electrical Conductivity and Mechanical Strength in Bulk Graphite Using Metal–Organic Framework-Derived Precursors
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202416210

转自《石墨烯研究》公众号