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陶瓷和石墨烯的“三明治”结构功能梯度材料研究进展
2021年06月16日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

在2017年,石墨烯旗舰伙伴(GrapheneFlagship Partners)旗下EotvosLorand研究所、匈牙利能源研究中心、弗朗霍夫陶瓷技术与系统研究所、斯洛伐克科学院获资开发称为CERANEA的合作项目,这主要是指一种陶瓷、石墨烯夹层结构的功能梯度材料(FGMs)。


如下图所示:

陶瓷和石墨烯的“三明治”结构功能梯度材料研究进展 中国化工网,okmart.com

这种结构就像是用石墨烯填充陶瓷而成的三明治,以期增强材料的功能和性能。几年后,CERANEA项目负责人兼石墨烯旗舰伙伴ELKHCER的科学顾问介绍了陶瓷-石墨烯FGM的进展,以及在涂层和骨科领域的潜在应用中国化工网okmart.com


研究团队为新型复合材料生产不同的叠层,并针对所需的电、热和机械性能组合进行优化。这些叠层包含石墨烯、六方氮化硼(hBN)或其他层状材料,以及陶瓷,如氮化硅、碳化硅和氧化锆。石墨烯添加剂是重要的填料,可提高陶瓷基体的耐磨性和导电性。石墨烯还提高了热质量和抗裂能力。关键在于这些复合材料的精心组合,这决定了它们的孔隙率和导电性。比如,创建一个夹层结构,以陶瓷为底层,陶瓷和石墨烯的混合物为中间层,石墨烯的泡沫状结构为顶层。随着石墨烯浓度从底部到顶部增加,材料的孔隙率和电导率也会增加。


分层结构可以提供行业所需的性能。这些材料比当前的陶瓷更能抵抗电弧引起的损坏,因此可用作触点、开关或耐磨部件的持久涂层。石墨烯可以替代贵金属,如金或银纳米粒子,从而实现更可持续和资源效率更高的制造,CERANEA项目展示了以工业规模和经济实惠的方式生产这些涂料的可行性。在骨科植入方面,天然骨骼存在形状、成分、硬度的差异,类似地,陶瓷-石墨烯复合材料中不同数量的石墨烯会导致不同的孔隙率。出于这个原因,我们用陶瓷和石墨烯制成的三明治结构可以应用于骨骼重建。


已取得的进展

研究团队利用市面上的石墨微粉制备多层石墨烯和氧化石墨烯。继而,团队还研究了基于氮化硅和氧化锆的陶瓷以及不同数量的多层石墨烯,并且确定了最佳的石墨烯、氮化硅和氧化锆“三明治”——层重量为30%的多层石墨烯(MLG),夹在两层5%MLG之间。与相反的比例(30-5-30wt% MLG) 相比,这种配置使机械性能提高了两到三倍。夹心复合材料是理解材料成分和结构之间关系的宝贵模型。


标签:化工应用化工原料技术中心今日头条石墨烯
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