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  相對于傳統材料，石墨烯及其相關的二維材料在力學、熱動力學以及電學方面具有獨一無二的優質特性，在納米以及工程領域得到廣泛的研究和應用。近年來，由石墨烯納米片組成的三維熔體材料，例如石墨烯“氣凝膠”、“油墨”以及“泡沫”等引起了越來越多的關注及研究。

  人們通常將石墨烯描繪成為剛性的2D晶體材料，但這樣的描繪可能會對理解材料的結構及動力學特性產生局限性。事實上，石墨烯極小的彎曲剛度會導致折皺，在某種程度上，人們可以將石墨烯視為二維“聚合物”，以便更好地理解石墨烯的結構及熱動力學特性。

  盡管大多數早期和當前對三維石墨烯熔體材料的研究主要集中在室溫條件，但考慮到其在極端條件下應用的前景，如防輻射、滅火劑及氣體過濾等，這些材料在高溫下的動力學和熱機性能也非常值得深入研究和探索。因此，在更廣的溫度變化范圍內探究和理解這些石墨烯材料對于“結構-性質”關系的延伸至關重要。

  美國西北大學（Northwestern University）以及美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology）的研究團隊最新的研究首次向大家揭示了石墨烯三維材料具備與高分子聚合物相似的動力學特性。他們利用之前建立的粗粒化分子動力學（CG-MD）及多尺度模擬框架，系統地研究了基于石墨烯的3D材料隨溫度而變化的結構和動力學性質。

  利用多尺度模擬，該團隊首次發現這些石墨烯3D材料的動力學性能會隨著溫度下降而顯著減慢，并且會經歷通常在高分子聚合物中才會出現的“玻璃化轉變”（Glass Transition）效應。通過多尺度模擬預測的石墨烯熔體材料的“玻璃化轉變溫度”（Tg）約為1600 K，遠高于通常鏈狀高分子聚合物的Tg。

  隨著溫度接近或者低于Tg，這些三維材料會轉變為玻璃化的“泡沫”狀態，并且具有較大的自由體積和與常規聚合物相當的剪切模量。這些研究首次揭示了三維石墨烯熔體材料具備與高分子相同的玻璃化轉變效應，并證明其具有優異的熱穩定性，可用于顯著提升和改善滅火添加劑以及結構功能材料等的熱傳導性和機械穩定性。

  這一成果近期發表了ACS Nano上，文章的第一作者及通訊作者為博士畢業于美國西北大學、目前剛就職于美國北達科他州立大學（North Dakota State University)的夏文杰教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.8b00524