陶瓷和石墨烯完美結(jié)合的超高性能輕質(zhì)材料

銳垚

來自美國普渡大學的研究人員，與蘭州大學和哈爾濱工業(yè)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(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)的多個行業(yè),。

    普渡大學工業(yè)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,�,！�
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    GaryCheng補充道：“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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9 A! d+ R8 V9 U* S9 R    這種超材料內(nèi)部具有蜂窩式微結(jié)構(gòu),，能夠提供超強的彈性和結(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行化學鍵合的,。

* z7 b  p# x8 M- z    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,。”

; R- _2 U# C* v1 h8 \! x" B* i8 g    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(yīng)用,。
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; W+ B$ n/ k" X% p! }4 f    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(jié)構(gòu)能夠提供超強的彈性和結(jié)構(gòu)魯棒性,，為了實現(xiàn)了這一點，我們通過組合多層彈性單元格，設(shè)計出了一種分層的蜂窩式微結(jié)構(gòu),。這種超材料同時表現(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)中還沒有被報道過，”他補充說,。

    這種輕質(zhì),、高強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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    該工藝可能會應(yīng)用到大規(guī)模地工業(yè)制造中，未來可能會通過改變其晶體結(jié)構(gòu),，或者擴大制造和控制微結(jié)構(gòu)的工藝來優(yōu)化材料的性能,。
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