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至陶瓷和石墨烯完美结合的超高性能轻质材料

2021-10-05

陶瓷和石墨烯完美结合的超高性能轻质材料

至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PVDF膜材料化解中国水危机为气凝胶,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。