陶瓷和石墨烯完美結(jié)合的超高性能輕質(zhì)材料

銳垚

來自美國普渡大學(xué)的研究人員，與蘭州大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，以及美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們合作，他們認(rèn)為將氧化鋁納米層和石墨烯結(jié)合在一起的超材料，可以應(yīng)用于包括建筑和航空航天在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)。

( _) ~3 D1 y+ K4 |! \    普渡大學(xué)工業(yè)工程學(xué)院的副教授GaryCheng在一份聲明中表示：“這種材料甚至要比羽毛都輕，因?yàn)樗�具有極低的密度，同時(shí)還擁有著非常高的比強(qiáng)度。”

* S: }( ?/ y6 U' i% G    GaryCheng補(bǔ)充道：“如今陶瓷組件的優(yōu)異性能已被應(yīng)用于許許多多的領(lǐng)域之中，例如保溫材料、智能傳感器、電磁波吸收材料和防腐蝕涂層等。”
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7 N7 d; S/ S  L* X/ [% L9 H    這種超材料內(nèi)部具有蜂窩式微結(jié)構(gòu)，能夠提供超強(qiáng)的彈性和結(jié)構(gòu)魯棒性(結(jié)構(gòu)魯棒性又可稱為結(jié)構(gòu)整體性和牢固性，有時(shí)亦可稱為防止結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌性。它是從從結(jié)構(gòu)概念學(xué)角度對結(jié)構(gòu)整體受力性能的一種闡釋，要求結(jié)構(gòu)的構(gòu)件能夠協(xié)調(diào)工作，連接要可靠，構(gòu)成一個(gè)牢固的結(jié)構(gòu)整體;結(jié)構(gòu)魯棒性要求結(jié)構(gòu)有多道防線，不致因某一構(gòu)件的失效而造成結(jié)構(gòu)性的破壞，要求結(jié)構(gòu)即便發(fā)生局部破壞后也不至于引發(fā)大范圍的連續(xù)倒塌)。復(fù)合材料由夾在陶瓷層之間相互連接的石墨烯所組成。石墨烯支架又被稱為氣凝膠，它是用一種叫做原子層沉積的工藝與陶瓷層進(jìn)行化學(xué)鍵合的。

    GaryCheng說：“我們仔細(xì)控制了這種石墨烯氣凝膠的幾何形狀，并沉積了一層很薄的陶瓷層。值得一提的是，這種氣凝膠的機(jī)械性能具有多功能性，”他補(bǔ)充說，“這項(xiàng)研究有可能使石墨烯成為一種更加實(shí)用的功能性材料。”

    一般石墨烯在高溫下會(huì)自動(dòng)分解，但是陶瓷氧化鋁卻賦予了其高的耐熱性和阻燃性能，可以用作飛機(jī)的隔熱罩。然而陶瓷材料同樣會(huì)帶來一些不好的影響，抑制了他們作為功能性材料的應(yīng)用。

* ^" A( Y- N2 G& b* u9 u* }+ D    GaryCheng說：“在這里，我們報(bào)告了一種多功能的陶瓷——石墨烯超材料，其微結(jié)構(gòu)能夠提供超強(qiáng)的彈性和結(jié)構(gòu)魯棒性，為了實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，我們通過組合多層彈性單元格，設(shè)計(jì)出了一種分層的蜂窩式微結(jié)構(gòu)。這種超材料同時(shí)表現(xiàn)出一系列多功能的屬性，這在之前的陶瓷和陶瓷——基體復(fù)合結(jié)構(gòu)中還沒有被報(bào)道過，”他補(bǔ)充說。
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8 t, |5 V, y( Q    這種輕質(zhì)、高強(qiáng)和極具減震性能的材料，有望使得復(fù)合材料成為柔性電子器件和大型應(yīng)變傳感器的良好基材。它同時(shí)還具有很高的電導(dǎo)率，是一種極佳的絕熱材料，可用作阻燃、隔熱涂層以及將熱量轉(zhuǎn)換成電能的傳感器和設(shè)備。
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    該工藝可能會(huì)應(yīng)用到大規(guī)模地工業(yè)制造中，未來可能會(huì)通過改變其晶體結(jié)構(gòu)，或者擴(kuò)大制造和控制微結(jié)構(gòu)的工藝來優(yōu)化材料的性能。

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