美學(xué)者運用“白色石墨烯”夾層，大幅提升陶瓷材料的延展性和強度
2018-01-26 09:41:22
作者：本網(wǎng)整理 來源：搜狐科技
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作為應(yīng)用材料，陶瓷的主要缺點便是在高壓力或高應(yīng)變情況下容易破碎，但萊斯大學(xué)（Rice University）的一項研究正好克服了這個限制，提高了延展性和韌性的同時也提高了強度性能。
Phys.org 報導(dǎo)，這項研究已經(jīng)發(fā)布在美國化學(xué)學(xué)會出版的《應(yīng)用材料和接口》（ACS Applied Materials and Interfaces）期刊。
研究作者、萊斯大學(xué)民用與環(huán)境工程助理教授 Rouzbeh Shahsavari 指出，在兩層硅酸鈣間加入超薄的六角形氮化硼（hexagonal boron nitride,hBN）將會形成一個有趣的雙層晶體，具有多功能的特殊性質(zhì)，能夠制成一種堅固耐用而且耐熱、耐輻射的陶瓷（ceramic）材料。
根據(jù) Shahsavari 的計算，插入二維 hBN 層的硅酸鈣將會非常堅固，甚至能當(dāng)作電廠等核應(yīng)用的屏蔽體使用，除了適用核工業(yè)，這種材料也能用在建筑、原油、天然氣、航空航天和其他需要耐火材料或高性能復(fù)合材料的領(lǐng)域。
由于二維 hBN 的外型是六邊形互相連結(jié)形成一個超薄平面，看上去與石墨烯非常像，因此又稱為“白色石墨烯”；但與石墨烯不同的是，hBN 主要組成并非碳原子，而是由硼和氮交替組成。
傳統(tǒng)上用于加強的填充物（fillers）與主體材料經(jīng)常是呈現(xiàn)松散連接，但放置在雙層硅酸鈣間的 hBN 則成為了整體系統(tǒng)的一部分，Shahsavari 認為，這項研究顯示了在最小限度的調(diào)整下為陶瓷材料加固的可能性。
團隊用于研究的陶瓷形式主要為“雪硅鈣石”（tobermorite），為了了解與原有材料的差異，團隊在研究中也對水平堆疊的雪硅鈣石與插入 hBN 的模型進行了實際測試，結(jié)果顯示復(fù)合材料比起原有的雪硅鈣石強度高出 3 倍、硬度高出 25%。
當(dāng)材料被壓縮時，一般水平堆疊的雪硅鈣石展現(xiàn)出約 10GPa 的降伏強度（yield strength），降伏應(yīng)力（yield strain）為 7%，而復(fù)合材料則顯示出 25GPa 的降伏強度，以及 20% 的降伏應(yīng)力。
Shahsavari 表示，與纖維、納米碳管（CNT）等常見一維填充物相比，hBN 這樣的二維材料是雙面的，因此每單位質(zhì)量的表面積也是兩倍，“對于附著到周遭基質(zhì)和加固效果來說非常完美。”
Shahsavari 認為，對于那些高性能陶瓷和其他多功能復(fù)合材料由下而上的設(shè)計，其他二維材料如二硫化鉬（molybdenum disulfide）、二硒化鈮（niobium diselenide）和層狀雙氫氧化合物（LDH）也可能可以適用。
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