中美合作开发出“轻如鸿毛”的超高性能轻质材料

发布时间：2017/8/29 0:08:52

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，以及美国空军研究实验室的科学家们合作，欲设计研发一种可以应用于包括建筑和航空航天在内的多个行业的超材料，这种超材料的制作源于氧化铝纳米层和石墨烯的结合。

普渡大学工业工程学院的副教授GaryCheng在一份声明中表示：“这种材料甚至要比羽毛都轻，因为它具有极低的密度，同时还拥有着非常高的比强度。”

GaryCheng补充道：“如今陶瓷组件的优异性能已被应用于许许多多的领域之中，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。”

这种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整体性和牢固性，有时亦可称为防止结构连续倒塌性。它是从从结构概念学角度对结构整体受力性能的一种阐释，要求结构的构件能够协调工作，连接要可靠，构成一个牢固的结构整体;结构鲁棒性要求结构有多道防线，不致因某一构件的失效而造成结构性的破坏，要求结构即便发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。石墨烯支架又被称为气凝胶，它是用一种叫做原子层沉积的工艺与陶瓷层进行化学键合的。

GaryCheng说：“我们仔细控制了这种石墨烯气凝胶的几何形状，并沉积了一层很薄的陶瓷层。值得一提的是，这种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一种更加实用的功能性材料。”

一般石墨烯在高温下会自动分解，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。然而陶瓷材料同样会带来一些不好的影响，抑制了他们作为功能性材料的应用。

GaryCheng说：“在这里，我们报告了一种多功能的陶瓷——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，为了实现了这一点，我们通过组合多层弹性单元格，设计出了一种分层的蜂窝式微结构。这种超材料同时表现出一系列多功能的属性，这在之前的陶瓷和陶瓷——基体复合结构中还没有被报道过，”他补充说。

这种轻质、高强和*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，是一种*的绝热材料，可用作阻燃、隔热涂层以及将热量转换成电能的传感器和设备。

该工艺可能会应用到大规模地工业制造中，未来可能会通过改变其晶体结构，或者扩大制造和控制微结构的工艺来优化材料的性能。

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