近日，來自清華大學等單(dan)位的(de)研究者，提出了一種之(zhi)前未(wei)曾報道的(de)方法，將有序的(de)二維石墨烯陣(zhen)列嵌入陶瓷(ci)基體(ti)中，將脆性(xing)(xing)陶瓷(ci)的(de)災難性(xing)(xing)斷裂(lie)破壞模式轉變(bian)為穩定的(de)裂(lie)紋擴展(zhan)行為，使機(ji)械韌性(xing)(xing)提高250-500%。

　　將二維(2D)石墨烯片分(fen)散到(dao)三維材料矩(ju)陣(zhen)中，是一種很有前途的方(fang)法，可以獲得(de)大量單個石墨烯片特殊的力(li)學(xue)(xue)和電學(xue)(xue)性能(neng)，方(fang)便于宏觀應用。然而，由于石墨烯片在(zai)3D結(jie)構中的分(fen)布和取向不(bu)受控(kong)制(zhi)，石墨烯-基(ji)體鍵合能(neng)力(li)弱，載荷傳遞能(neng)力(li)差，這在(zai)很大程度上受到(dao)了限制(zhi)。

　　在過去的十年里，石(shi)(shi)墨烯(xi)(xi)的發(fa)現激(ji)發(fa)了全世界對其獨特性質的興趣。盡管石(shi)(shi)墨烯(xi)(xi)具有(you)優異的力學性能(neng)和導電性，但其更大應用的研究(jiu)仍在進行中。一個很(hen)有(you)前(qian)途(tu)的主要(yao)方向是用石(shi)(shi)墨烯(xi)(xi)作(zuo)為內(nei)部填充劑來制造復合材(cai)料;石(shi)(shi)墨烯(xi)(xi)層在空間上是孤(gu)立的，可(ke)能(neng)保持其二維狀態，因此可(ke)以批量獲得(de)石(shi)(shi)墨烯(xi)(xi)層的驚人特性。同時(shi)，復合材(cai)料通過石(shi)(shi)墨烯(xi)(xi)填料進行機(ji)械強(qiang)化，并(bing)具有(you)熱(re)、電、屏蔽等多種功能(neng)。

　　雖然關于(yu)聚合物和金屬基質(zhi)復(fu)合材(cai)料的(de)報道很(hen)多(duo)，但由于(yu)工藝上的(de)巨大挑戰，陶(tao)瓷基含石墨(mo)烯(xi)填料的(de)復(fu)合材(cai)料在(zai)幾年前才剛(gang)起(qi)步。如果(guo)石墨(mo)烯(xi)層能(neng)夠(gou)很(hen)好地(di)分散(san)和定(ding)向，那(nei)么具(ju)有高熔(rong)點的(de)絕緣、剛(gang)性(xing)(xing)和化學惰性(xing)(xing)陶(tao)瓷可以作為石墨(mo)烯(xi)填充劑的(de)獨(du)特(te)基體，使其(qi)在(zai)各種惡劣環(huan)境下(xia)達到二維狀態(tai)并最大限度地(di)發揮其(qi)內在(zai)性(xing)(xing)能(neng)。

　　文中，研究者(zhe)提(ti)出了(le)一(yi)種將二(er)維(wei)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯陣列(lie)均(jun)勻分散(san)組裝(zhuang)到(dao)陶(tao)瓷(ci)(ci)基體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)通用而(er)(er)精細的(de)(de)(de)(de)(de)策略。與傳統工(gong)藝(yi)完(wan)全不同的(de)(de)(de)(de)(de)是，研究者(zhe)并不首先(xian)制造石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯，而(er)(er)是從一(yi)種普通的(de)(de)(de)(de)(de)、廉價的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)業原(yuan)料——可膨(peng)脹石(shi)(shi)墨(mo)(mo)開始(shi)。通過(guo)(guo)在(zai)微波爐中處(chu)理，石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯層(ceng)(ceng)之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)空(kong)間(jian)(jian)被擴大。在(zai)有(you)(you)機(ji)偶聯(lian)劑的(de)(de)(de)(de)(de)作用下，液(ye)態(tai)陶(tao)瓷(ci)(ci)前驅體(ti)可以(yi)在(zai)真空(kong)條件下插入層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)空(kong)間(jian)(jian)。通過(guo)(guo)這種方式(shi)(shi)，陶(tao)瓷(ci)(ci)層(ceng)(ceng)和(he)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯層(ceng)(ceng)可以(yi)在(zai)分子水平上交替混合(he)和(he)堆積，最終形成分散(san)均(jun)勻、排列(lie)有(you)(you)序(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)復合(he)材料。偶聯(lian)劑的(de)(de)(de)(de)(de)使用使基體(ti)與填料之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)結合(he)更加緊密，有(you)(you)效地(di)傳遞了(le)載荷，提(ti)高了(le)力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)。在(zai)這里，脆性(xing)陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)(de)(de)突變斷(duan)裂失(shi)效模式(shi)(shi)轉變為(wei)穩定裂紋擴展行(xing)為(wei)，機(ji)械韌(ren)性(xing)提(ti)高250~500%。在(zai)塊(kuai)體(ti)陶(tao)瓷(ci)(ci)中獲(huo)得了(le)前所未有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)低干滑動摩擦系(xi)數0.06，這主要是由于有(you)(you)序(xu)的(de)(de)(de)(de)(de)2D石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯陣列(lie)抑制了(le)微裂紋的(de)(de)(de)(de)(de)擴展。這些獨(du)特(te)的(de)(de)(de)(de)(de)、低成本的(de)(de)(de)(de)(de)二(er)維(wei)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)烯陣列(lie)/陶(tao)瓷(ci)(ci)復合(he)材料具有(you)(you)優異(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)和(he)功能(neng)(neng)性(xing)能(neng)(neng)，使其(qi)可以(yi)在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)惡劣環境中應用。

　　綜(zong)上所述(shu)，研究(jiu)者提出了(le)一(yi)(yi)種(zhong)之(zhi)前(qian)未報道(dao)的(de)(de)(de)(de)策略(lve)，即通過將(jiang)(jiang)陶(tao)瓷(ci)前(qian)驅體(ti)(ti)(ti)化學插層(ceng)到低(di)成本可膨脹石墨(mo)(mo)中，將(jiang)(jiang)二(er)維(wei)(wei)石墨(mo)(mo)烯(xi)平行排列(lie)到陶(tao)瓷(ci)基(ji)體(ti)(ti)(ti)中。有序的(de)(de)(de)(de)2D石墨(mo)(mo)烯(xi)陣(zhen)列(lie)將(jiang)(jiang)脆性(xing)陶(tao)瓷(ci)的(de)(de)(de)(de)災難(nan)性(xing)斷(duan)裂(lie)模式轉變為穩定的(de)(de)(de)(de)傳播行為，機械韌性(xing)提高250-500%，機械強度(du)提高30%-50%。本文(wen)展(zhan)示了(le)一(yi)(yi)種(zhong)前(qian)所未有的(de)(de)(de)(de)方法，通過將(jiang)(jiang)二(er)維(wei)(wei)石墨(mo)(mo)烯(xi)陣(zhen)列(lie)嵌入絕緣、硬化和化學惰性(xing)陶(tao)瓷(ci)基(ji)體(ti)(ti)(ti)中，來(lai)獲得大量(liang)單個石墨(mo)(mo)烯(xi)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)先進(jin)性(xing)能(neng)，這(zhe)種(zhong)方法在惡劣環(huan)境下的(de)(de)(de)(de)應用尤為重要。

　　相關論文題為“Embeddingtwo-dimensionalgraphenearrayinceramicmatrix”發(fa)表在(zai)ScienceAdvances上(shang)。

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