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    技术动态发布时间:2022-09-26

    陶瓷和石墨烯完美结合的超高性能轻质材料

    上图是1种新型的轻质、高强、阻燃和高弹性的超材料,这些优良的性能使其在各大领域中具有潜伏的利用价值。

    来自美国普渡大学的研究人员,与兰州大学和哈尔滨工业大学的团队,和美国空军研究实验室的科学家们合作,他们认为将氧化铝纳米层和石墨烯结合在1起的超材料,可以利用于包括建筑和航空航天在内的多个行业。

    普渡大学工业工程学院的副教授Gary Cheng在1份声明中表示:“这类材料乃至要比羽毛都轻,由于它具有极低的密度,同时还具有着非常高的比强度。”

    Gary Cheng补充道:“如今陶瓷组件的优良性能已被利用于许许多多的领域当中,例如保温材料、智能传感器、电磁波吸收材料和防腐蚀涂层等。”

    这类超材料内部具有蜂窝式微结构,能够提供超强的弹性和结构鲁棒性(结构鲁棒性又可称为结构有的采取普通皮带整体性和牢固性,有时亦可称为避免结构连续倒塌性。它是从从结构概念学角度对结构整体受力性能的1种阐释,要求结构的构件能够调和工作,连接要可靠,构成1个牢固的结构整体;结构鲁棒性要求结构有多道防线,不致因某1构件的失效而造成结构性的破坏,要或联系服务部门发送驱动程叙文件进行手动驱动求结构即使产生局部破坏后也不至于引发大范围的连续倒塌)。 复合材料由夹在陶瓷层之间相互连接的石墨烯所组成。 石墨烯支架又被称为气凝胶,它是用1种叫做原子层沉积的工艺与陶瓷层进行化学键合的。

    Gary Cheng说:“我们仔细控制了这类石墨烯气凝胶的几何形状,并沉积了1层很薄的陶瓷层。值得1提的是,这类气凝胶的机械性能具有多功能性,”他补充说,“这项研究有可能使石墨烯成为1种更加实用的功能性材料。”

    1般石墨烯在高温下会自动非针叶木木片或木粒分解,但是陶瓷氧化铝却赋予了其高的耐热性和阻燃性能,可以用作飞机的隔热罩。但是陶瓷材料一样会带来1些不好的影响,抑制了他们作为功能性材料的利用。

    Gary Cheng说:“在这里,我们报告了1种多功能的陶瓷——石墨烯超材料,其微结构能够提供超强的弹性和结构鲁棒性,为了实现了这1点,我们通过组合多层弹性单元格,设计出了1种分层的蜂窝式微结构。这类超材料同时表现出1系列多功能的属性,这在之前的陶瓷和陶仍处于发展的重要战略机遇期瓷——基体复合结构中还没有被报导过,”他补充说。

    这类轻质、高强和极具减震性能的材料,有望使得复合材料成为柔性电子器件和大型应变传感器的良好基材。它同时还具有很高的电导率,是1种极佳的绝热材料,可用作阻燃、隔热涂层和将热量转换成电能的传感器和装备。

    该工艺可能会利用到大范围地工业制造中,未来可能会通过改变其晶体结构,或扩大制造和控制微结构的工艺来优化材料的性能。


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