初のグラフェン「宇宙スポンジ」は高温1000℃、低温269℃でも「持ち堪える」ことができます。

南開新聞網によると、南開大学化学学院教授の陳永勝チームは長年の難関を経て、アメリカライス大学と共同で、2019年4月に研究制で新型の三次元グラフェン材料を得た。

この材料は4 K（約-269℃）から1273 K（約1000℃）までの温度区間に耐え、良好な安定性と高弾性を保つことができ、宇宙装備製造分野の「宇宙スポンジ」となる見込みで、関連研究結果は2019年4月12日に「科学的進展」（Science Advinces）に発表された。

高弾性材料は大きな可逆変形能力を持つ材料で、例えばよくあるゴム、高分子発泡材料などは、人間の生産、生活に広く使われています。

新型の高弾性材料は、例えば、装着可能な設備、人工筋肉、センサーなどのハイエンドの研究、技術分野において大きな応用見通しがある。

しかし，ほとんどの高弾性材料の弾性および他の機械的性質は温度によって影響されている。

例えば、シリコンゴムは高温で軟化したり分解したりしますが、逆に温度が下がるにつれて弾性が次第に失われ、ガラス転移が発生して硬くなり、脆くなります。

同様の問題は，高弾性高分子の発泡体やスポンジ材料にも存在する。

この「宇宙スポンジ」材料は無秩序に配列された単層グラフェンシートが共有結合化学架橋によって構成され、液体ヘリウム温度領域に低い極端な低温条件下では室温と同じ力学的性質を有し、高回復性のスーパー弾性を含み、不変のYoung率（固体材料の変形に対する抵抗能力を記述する物理量）、ゼロ近傍の停松比（材料の横方向変形を反映する弾性定数）及び優れた疲労抵抗性能を有する。

チーム研究者によると、このような低温超弾性性能と4 Kから1273 Kの温度範囲で温度に影響されない弾性及び機械的性質を有する他の材料は報告されていない。

独自に構築した機械的性質試験システムにより、陳永勝チームは4-1273 K（約-269℃～1000℃）の温度範囲における三次元グラフェン材料の各種機械的性質を精密かつ系統的に試験した。チーム改造の走査電子顕微鏡とその場温度変化試料台を利用して、三次元グラフェン材料の極低温と高温条件下での圧縮-弾戻し過程における微細構造の変形特徴を得た。

本研究チームは，深い低温条件において，グラフェンと三次元グラフェン材料の顕著な機械的安定性が外部宇宙および他の極端な低温または劣悪な環境における応用のための最良の研究対象となることを指摘した。

他の二次元ナノ材料は、グラフェンに類似した構造を持つと、例えば、グラフェン、シリコン、平面ゲルマニウム、及び二次元Bi 1〜xSbxシートなどの構造要素として、三次元グラフェンに類似した方法で組み立てられ、得られたマクロ材料も二次元構造ユニットの独特な性質を十分に保持し、巨視的な特異性を示す可能性がある。

この研究は南開大学の陳永勝教授チームとアメリカライス大学のPlickel Ajayan教授チームが協力して完成し、国家科学技術部、国家自然科学基金などの支持を得たという。

論文リンク：https://advancers.science mag.org/content/5/4/eaav 2589