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三维石墨烯超材料研究方面取得重要进展

2017-06-26 10:36
潇纵
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三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料多尺度超弹性效应。基于石墨烯桥接裂纹界面的强化增韧机制和纳米尺度晶粒有效增强弹塑性变形的效应,采用“自下而上”的制备工艺和微观结构可控设计策略,以水热制备三维石墨烯气凝胶为基底模板,以原子层沉积(ALD)技术可控沉积纳米厚度Al2O3纳米陶瓷,微观上形成了“纳米陶瓷-石墨烯-纳米陶瓷”三明治复合夹层纳米结构,实现了80%弹性变形、耐疲劳增韧特性和超过200%力学性能强化,发现了陶瓷复合材料在纳米尺度上的超弹性效应和尺寸效应。这对解决功能陶瓷复合材料固有脆性和低韧性提供了新的思路和方法手段。(Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201605506.)

微界面热阻调控实现超绝热和耐火性能。基于设计石墨烯微观上片层组装界面热阻,控制微观骨架的传热路径,增强声子界面定向散射,实现三维石墨烯超轻材料导热系数的可控调变,得到了超轻密度<2mg/cm3低于空气导热系数的超绝热特性~0.0126 W/(m?K)。以及由于微观石墨烯单元高活化能导致的良好耐火特性和力学稳定性。(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9 (16), 14232–14241. DOI: 10.1021/acsami.7b01697)

该系列研究丰富了石墨烯材料研究方法,发展了基于微观结构设计优化宏观性能的石墨烯超材料研究策略,使其可广泛应用于柔性驱动器、大应变传感器、柔性电极材料、药物传输、超轻保温及防护、航天航空隔热屏蔽等领域。

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