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美学者运用“白色石墨烯”夹层,大幅提升陶瓷材料的延展性和强度

责任编辑: admin 发布时间2018-01-29    点击数:20291 次
由于二维hBN的外型是六边形互相连结形成一个超薄平面,看上去与石墨烯非常像,因此又称为“白色石墨烯”;但与石墨烯不同的是,hBN主要组成并非碳原子,而是由硼和氮交替组成。



Phys.org报导,这项研究已经发布在美国化学学会出版的《应用材料和接口》(ACSAppliedMaterialsandInterfaces)期刊。

Shahsavari认为,对于那些高性能陶瓷和其他多功能复合材料由下而上的设计,其他二维材料如二硫化钼(molybdenumdisulfide)、二硒化铌(niobiumdiselenide)和层状双氢氧化合物(LDH)也可能可以适用。

根据Shahsavari的计算,插入二维hBN层的硅酸钙将会非常坚固,甚至能当作电厂等核应用的屏蔽体使用,除了适用核工业,这种材料也能用在建筑、原油、天然气、航空航天和其他需要耐火材料或高性能复合材料的领域。

作为应用材料,陶瓷的主要缺点便是在高压力或高应变情况下容易破碎,但莱斯大学(RiceUniversity)的一项研究正好克服了这个限制,提高了延展性和韧性的同时也提高了强度性能。”

当材料被压缩时,一般水平堆叠的雪硅钙石展现出约10GPa的降伏强度(yieldstrength),降伏应力(yieldstrain)为7%,而复合材料则显示出25GPa的降伏强度,以及20%的降伏应力。

研究编辑、莱斯大学民用与环境工程助理教授RouzbehShahsavari指出,在两层硅酸钙间加入超薄的六角形氮化硼(hexagonalboronnitride,hBN)将会形成一个有趣的双层晶体,具有多功能的特殊性质,能够制成一种坚固耐用而且耐热、耐辐射的陶瓷(ceramic)材料。

传统上用于加强的填充物(fillers)与主体材料经常是呈现松散连接,但放置在双层硅酸钙间的hBN则成为了整体系统的一部分,Shahsavari认为,这项研究显示了在最小限度的调整下为陶瓷材料加固的可能性。

Shahsavari表示,与纤维、纳米碳管(CNT)等常见一维填充物相比,hBN这样的二维材料是双面的,因此每单位质量的表面积也是两倍,“对于附着到周遭基质和加固效果来说非常完美。

团队用于研究的陶瓷形式主要为“雪硅钙石”(tobermorite),为了了解与原有材料的差异,团队在研究中也对水平堆叠的雪硅钙石与插入hBN的模型进行了实际测试,结果显示复合材料比起原有的雪硅钙石强度高出3倍、硬度高出25%。


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