美國(guó)MONIKER公司的科學(xué)家們近日研究出了摻入石墨烯的新型陶瓷材料。陶瓷本是絕緣體，但加入了石墨烯便成為良好的導(dǎo)電材料。這一技術(shù)將大大改善陶瓷的導(dǎo)電和機(jī)械性能。

       研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，礬土在摻入石墨烯后其抗拉強(qiáng)度得到很好的提高，克服了陶瓷材料脆硬的缺陷。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單耗時(shí)短，可用于汽車、航空、熱管理、電子加工和半導(dǎo)體等諸多工業(yè)設(shè)備。此外，該工藝還可用于增強(qiáng)其他陶瓷材料，如碳化硅、氮化硅、氧化鋯和二氧化鈦等的抗拉性能。而石墨烯的加入更是將氧化鋁的導(dǎo)電性提高了近乎1億倍。

       MONIKER旗下的Graphenea團(tuán)隊(duì)之前就研發(fā)出了一種新型氧化石墨烯溶液，技術(shù)成果發(fā)表在歐洲化學(xué)學(xué)會(huì)期刊上。工作人員首先將氧化石墨烯溶液與氧化鋁混合，然后再利用放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)將混合料進(jìn)行原料均勻處理；SPS在混料中釋放高電流并在數(shù)分鐘內(nèi)生成新型陶瓷材料。

       Graphenea發(fā)現(xiàn)，在加入僅0.22%份量的石墨烯后，陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度和防止裂紋增殖的性能便提高了50%還要多，導(dǎo)電性能更是提高了1億倍；而新材料其他方面的性能與對(duì)比組中未添加石墨烯的陶瓷相比，沒有明顯變化。

       首席研究員Alba Centeno介紹，將微量石墨烯摻入氧化鋁的最大優(yōu)勢(shì)在于保持陶瓷其他性能不受影響的前提下，導(dǎo)電性、抗拉強(qiáng)度、機(jī)械性能的大大改善。而傳統(tǒng)技術(shù)手段在改善材料的某一特定性能時(shí)會(huì)摻入另一種物相，但不可避免會(huì)給原有材料的其它性能帶來(lái)不利影響并導(dǎo)致其性能發(fā)生變化。

       圖1是與SPS電流方向垂直對(duì)應(yīng)分布的石墨烯薄片。


       石墨烯薄片就像盾牌一樣保護(hù)著其分布方向上的材料結(jié)構(gòu)發(fā)生裂紋增殖。


       圖2是石墨烯薄片構(gòu)架在氧化鋁的裂紋上，使陶瓷材料的整個(gè)結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固結(jié)實(shí)。(編譯自 “Reinforcing Ceramics with Graphene for Increased Strength and Conductivity”)