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好消息,超性能复合材料诞生!
时间:2017年8月23日 作者: 来源:材料科技在线

近期,一种新的复合材料诞生,其具有超轻量、超弹性、阻燃性好以及可成为各种应用理想选择的其他属性等优点。 上图左侧为扫描电子显微镜下观察到的材料微观形态,同时右侧表示对其阻燃性的测试。(图片来源:普渡大学)
  “超性能材料”展现出了新的轻量级,阻燃性能以及超弹性等特性,而这些特性可表示为高强度与导电性及绝热性的相互结合,这就表明了,这种复合材料在未来从建筑行业到航空航天的都有着潜在应用。
  该复合材料是由氧化铝陶瓷纳米层与石墨烯组合,其中,石墨烯是一种极薄的碳片。尽管陶瓷和石墨烯都是脆性的,但是新的超性能材料具有蜂窝微结构,该结构可使新复合材料具有超弹性和保证结构的坚固性。 超材料设计特征鲜明,其具有的图案或元素都是以纳米级或十亿分之一米的尺度设计的,而且意旨于为各种潜在应用提供新的特性。
  石墨烯在暴露于高温下时,通常情况下都会发生降解的现象,但陶瓷具有高耐热性和阻燃性,所以制作飞机的防热罩时,这些性能很可能是有用的。 而这种新的复合材料因其具有轻质,高强度和减震性能,所以可以使用其作为柔性电子设备和“大应变传感器”良好的基础材料。普渡大学工业工程学院副教授程嘉诚说:因为这种新的复合材料具有高导电性,而且是绝佳的绝热材料,所以它可以用作阻燃,隔热涂层,以及将热量转换成电的传感器装置。他又表示“这种材料比羽毛轻,密度也是非常低,而且它具有非常高的强度重量比。”
  其关于新复合材料性能的更详细介绍可以参考于5月29日发表在“Advanced Materials”杂志的研究论文。而本文则是由普渡大学,兰州大学,哈尔滨工业大学和中国空军研究实验室合作完成的。而且自然研究资料杂志发表了关于这项工作的研究热点。
  程教授表示:“目前陶瓷元件的高耐热性和阻燃性等突出特点已在热保护皮、智能传感器、电磁波吸收和防腐蚀涂层等领域中广泛应用。
  然而,陶瓷基材料存在着一些根本的研究瓶颈,这些瓶颈阻止它们用作功能或结构元件的普遍应用。
  程教授说:“在本文,我们讲述了一种多功能陶瓷 - 石墨烯超材料,其具有显微结构的超弹性和结构坚固性。为实现这特性,我们设计了一个层叠的蜂窝结构,且这种分级蜂窝结构是由基本弹性单元的多层细胞壁组装的。这种超性能材料同时表现出一系列多功能性能,但是这多功能性能来源并没有关于陶瓷和陶瓷 - 基体复合结构的报道。”
  复合材料是由夹在陶瓷层之间的石墨烯互连电池制成的。称为气凝胶的石墨烯支架则是利用称为原子层沉积的工艺与陶瓷层之间进行的化学键合。
  程教授说:“我们很谨慎的控制石墨烯气凝胶的几何形状,并且然后我们会沉积非常薄的陶瓷层。其中,这种气凝胶的机械性能是多功能的,而且其非常重要的。也正是我们的这项工作,有可能使石墨烯成为功能性更强的材料。”他还表示,这个过程很可能会扩展到大规模的生产制造业。
  就目前来看,未来的工作将包括提高材料性能的研究,而这我们或许可以通过改变其晶体结构来完成,其中,为了调节材料性能,我们可以扩大制造和对其微结构进行控制。

 

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