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石墨烯-陶瓷超材料在传感器和热防护领域显示出应用前景
2017-09-14

【英国工程师网站2017年8月10日报道】在美国空军研究实验室资助。美国普渡大学开发出一种新的轻质、耐火、超弹的石墨烯-陶瓷复合材料。这种材料不仅具有高强度,同时具备导电和隔热性能,在传感器、热防护系统等领域具有广泛应用前景。

这种材料比羽毛轻,密度相当低,具有非常高的比强度。该材料将氧化铝纳米层与石墨烯结合在一起,这两种材料都是脆性的。这种脆性通过超材料蜂窝微观结构来中和。这种蜂窝微观结构可以提供超弹性和结构完整性。一般而言,石墨烯暴露在高温下,易发生性能降低。但是陶瓷和铝氧化物可以耐热耐火,这种特性可用于飞机的热防护。此外,这种复合材料的轻质、高强和冲击吸收性能,使得该材料适用于制造柔性电子设备和大型应变传感器的基板。

研究人员表示,鉴于这种材料的高导电性以及优异的热绝缘性能,其可用作阻燃剂,热绝缘涂层,传感器和将热转化为电的设备。

目前陶瓷基的组件具有多功能的应用,包括热防护蒙皮、智能传感器、电磁波吸收体以及抗腐蚀涂层。然而。陶瓷基的材料存在几个基本的瓶颈,阻碍了它们作为结构和功能组件的应用。

这种多功能陶瓷-石墨烯超材料由微观结构提供超弹性和结构鲁棒性。这种微观结构是分层级的蜂窝结构,由多层纳米层蜂窝单元作为基本弹性单元。这种超材料显示出一系列优异性能,同时具备陶瓷和陶瓷基复合材料不同的结构。

这种复合材料由内连通的石墨烯夹层单元加载陶瓷层之间构成。石墨烯气凝胶与陶瓷层之间通过原子层沉积方式实现化学连接。研究人员小心控制石墨烯气凝胶的几何形貌,然后再上面沉积一层非常薄的陶瓷,于是气凝胶的力学性能实现多功能化。这项工作使得石墨烯成为一个更加多功能的材料。下一步是将该工艺扩大到工业生产尺度。(航空工业发展研究中心 胡燕萍)


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