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
2018-01-24 10:01:08
作者：本网整理 来源：Technews科技新报-搜狐科技
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（Rice University）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。
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》（ACS Applied Materials and Interfaces）期刊。
研究作者、莱斯大学民用与环境工程助理教授 Rouzbeh Shahsavari 指出，在两层硅酸钙间加入超薄的六角形氮化硼（hexagonal boron nitride,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。
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。
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。
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。
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%。
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（yield strength），降伏应力（yield strain）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。
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。”
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（molybdenum disulfide）、二硒化铌（niobium diselenide）和层状双氢氧化合物（LDH）也可能可以适用。
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