陶瓷和石墨烯完美結(jié)合的超高性能輕質(zhì)材料

　　來(lái)自美國(guó)普渡大學(xué)的研究人員，與蘭州大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，以及美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們合作，欲設(shè)計(jì)研發(fā)一種可以應(yīng)用于包括建筑和航空航天在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)的超材料，這種超材料的制作源于氧化鋁納米層和石墨烯的結(jié)合。

　　普渡大學(xué)工業(yè)工程學(xué)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?yàn)樗哂袠O低的密度，同時(shí)還擁有著非常高的比強(qiáng)度?！?

　　GaryCheng補(bǔ)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?！?

　　這種超材料內(nèi)部具有蜂窩式微結(jié)構(gòu)，能夠提供超強(qiáng)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(shí)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(xué)角度對(duì)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(gè)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(jìn)行化學(xué)鍵合的。

　　GaryCheng說(shuō)：“我們仔細(xì)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(jī)械性能具有多功能性，”他補(bǔ)充說(shuō)，“這項(xiàng)研究有可能使石墨烯成為一種更加實(shí)用的功能性材料。”

　　一般石墨烯在高溫下會(huì)自動(dòng)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(jī)的隔熱罩。然而陶瓷材料同樣會(huì)帶來(lái)一些不好的影響，抑制了他們作為功能性材料的應(yīng)用。

　　GaryCheng說(shuō)：“在這里，我們報(bào)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(qiáng)的彈性和結(jié)構(gòu)魯棒性，為了實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，我們通過(guò)組合多層彈性單元格，設(shè)計(jì)出了一種分層的蜂窩式微結(jié)構(gòu)。這種超材料同時(shí)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(méi)有被報(bào)道過(guò)，”他補(bǔ)充說(shuō)。

　　這種輕質(zhì)、高強(qiáng)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(shí)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。

　　該工藝可能會(huì)應(yīng)用到大規(guī)模地工業(yè)制造中，未來(lái)可能會(huì)通過(guò)改變其晶體結(jié)構(gòu)，或者擴(kuò)大制造和控制微結(jié)構(gòu)的工藝來(lái)優(yōu)化材料的性能。