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                  陶瓷和石墨烯完美結合的超高性能輕質材料

                     日期:2017年8月30日    出處:材料科技在線    整理:佛山陶瓷網

                  【 www.porb.tw 】一種新型的輕質、高強、阻燃和高彈性的超材料,這些優異的性能使其在各大領域中具有潛在的應用價值。

                  來自美國普渡大學的研究人員,與蘭州大學和哈爾濱工業大學的團隊,以及美國空軍研究實驗室的科學家們合作,他們認為將氧化鋁納米層和石墨烯結合在一起的超材料,可以應用于包括建筑和航空航天在內的多個行業。

                  普渡大學工業工程學院的副教授garycheng在一份聲明中表示:“這種材料甚至要比羽毛都輕,因為它具有極低的密度,同時還擁有著非常高的比強度。”

                  garycheng補充道:“如今陶瓷組件的優異性能已被應用于許許多多的領域之中,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。”

                  這種超材料內部具有蜂窩式微結構,能夠提供超強的彈性和結構魯棒性(結構魯棒性又可稱為結構整體性和牢固性,有時亦可稱為防止結構連續倒塌性。它是從從結構概念學角度對結構整體受力性能的一種闡釋,要求結構的構件能夠協調工作,連接要可靠,構成一個牢固的結構整體;結構魯棒性要求結構有多道防線,不致因某一構件的失效而造成結構性的破壞,要求結構即便發生局部破壞后也不至于引發大范圍的連續倒塌)。復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行化學鍵合的。

                  garycheng說:“我們仔細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,這種氣凝膠的機械性能具有多功能性,”他補充說,“這項研究有可能使石墨烯成為一種更加實用的功能性材料。”

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

                  garycheng說:“在這里,我們報告了一種多功能的陶瓷——石墨烯超材料,其微結構能夠提供超強的彈性和結構魯棒性,為了實現了這一點,我們通過組合多層彈性單元格,設計出了一種分層的蜂窩式微結構。這種超材料同時表現出一系列多功能的屬性,這在之前的陶瓷和陶瓷——基體復合結構中還沒有被報道過,”他補充說。

                  這種輕質、高強和極具減震性能的材料,有望使得復合材料成為柔性電子器件和大型應變傳感器的良好基材。它同時還具有很高的電導率,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換成電能的傳感器和設備。

                  該工藝可能會應用到大規模地工業制造中,未來可能會通過改變其晶體結構,或者擴大制造和控制微結構的工藝來優化材料的性能。

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