新闻中心

News

陶瓷多功能化新材料“白色石墨烯”

日期: 2018-02-07
浏览次数: 272

莱斯大学实验室最新研究发现,双层白色石墨烯(中间层)与硅酸钙的结合产生了一种高强度、高韧性的多功能陶瓷,该材料适合做建筑和耐火材料,它在核工业、石油和天然气、航空航天及其他需要高性能复合材料的领域有重要应用。

莱斯大学科学家研究发现,在陶瓷中加入很少量的氮化硼会使材料得到更加优异的性能。

土木与环境工程系助理教授Rouzbeh Shahsavari设想在碳酸钙层之间渗入一层超薄六方氮化硼(hBN),这可能会形成一种有趣的具有多功能特性的双层晶体。这种新材料可适用于核工业、耐火材料、石油、天然气、航空航天和其他需要高性能复合材料的领域。

这种新的结合材料使陶瓷不仅坚韧耐用,而且耐高温和辐射。通过Shahsavari的计算,插层二维hBN的碳酸钙足够坚固,可以用在核电站中起屏蔽作用。

这项研究发表在美国化学学会期刊《应用材料和界面》上。

二维hBN材料又叫白色石墨烯,它看起来像在石墨烯上面与六边形形成超薄平面。但与石墨烯不同的是,它是由交替的硼和氮组成,而不是碳原子。

“这项工作显示了在尽可能小的尺寸上(陶瓷基面)进行材料加固的可能性。” Shahsavari说:“这导致双层晶体,其中hBN是该体系的组成部分,与传统的与主体材料松散连接的增强填料相反。”

他说:“我们的高水平研究表明, hBN与碳酸钙之间共价键、电荷转移和轨道的混合,导致了材料能量稳定性和性能的显著增强。”

实验室研究陶瓷的形态被称为雪硅钙石,在硅酸盐链干燥成硬化水泥时,倾向于自组装在钙和氧层中。Shahsavari的分子尺度研究表明hBN与雪硅钙石充分混合,进入硼原子与氧原子结合并搭扣在一起的hBN片层之间的空间内。

这种手风琴似的扣式结构是由于硼原子和雪硅钙石之间的化学亲和性和电荷转移形成的。硼原子和雪硅钙石稳定复合并赋予其较高的强度和韧性,这是通常在工程材料中相互置换的性质。Shahsavari说,这似乎解释了hBN层受到应力或应变时发生的两相作用机理的出现原因。

水平堆积的雪硅钙石Shahsavari模型和雪硅钙石-hBN显示复合材料的强度是普通材料的三倍,硬度约为普通材料的25%。计算分析表明为什么强迫它们沿轴旋转时,雪硅钙石中的碳化硅链会断裂,而hBN片首先解开搭扣然后逐渐变硬来释放压力。

当被压缩时,平雪硅钙石会显示大约10GPa的低屈服强度(或弹性模量)以及7%的屈服应变(在该点的材料变形)。复合材料的屈服强度为25 GPa,应变高达20%。

“陶瓷的一个主要缺点是它们在高应力或高应变下是易碎的。”Shahsavari说:“我们的方法克服了这一局限性,在提高强度的同时,也提高了塑性和韧性。”

“并且令人高兴的是,系统的热辐射耐受性也增强了,呈现了多功能特性。”他说:“这些特性对于防止陶瓷的劣化和延长其使用寿命具有重要意义,从而节约能源和维护成本。”

当材料从其他角度测试时,纯雪硅钙石和复合材料之间的差异并不明显,但总的来说,hBN显著提高了材料性能。

“与传统纤维或碳纳米管等一维填充料相比,二维材料如hBN具有两面性,所以他们有两倍的表面积。”Shahsavari说:“这对于增强和附着到周围基体的反应来说是完美的。”

他说其他二维材料如钼、铌硒和层状双氢氧化物也可能适用于高性能陶瓷等多功能复合材料的自下向上的设计。


转自粉末冶金商务网


IACE CHINA 2018

3月25-27日

上海光大会展中心

不见不散!!!


展商快讯|雅安远创:专业从事陶瓷成型烧结精加工的高新技术企业




News / 推荐新闻 More
2018 - 08 - 17
陶瓷膜是近年来新出现的新型阻隔包装膜材料,陶瓷膜的生产工艺与镀铝膜生产相似,也是采用真空镀膜的方法。目前用于包装领域的陶瓷膜主要有SiO2(氧化硅),Al2O3(氧化铝),TiO2(氧化钛)等。透明阻隔膜相对传统的镀铝阻隔膜最大的优势在于消费者可以清楚地透过包装材料看到商品本身,而且,在高速包装过程中,透明阻隔材料不会对被包装商品产生任何金属污染。由于SiO2(二氧化硅),Al2O3(三氧化二铝),TiO2(氧化钛)的熔点均超过1500℃,远超过金属铝的熔点(约660℃),陶瓷膜的生产相比更加困难,必须采用专用的真空镀膜设备进行生产,这也是导致陶瓷膜生产成本较高的主要原因。一般来说,透明阻隔膜是传统的镀铝阻隔膜价格的2~3倍。如何降低现有生产工艺设备的生产成本是当前的研究热点。透明阻隔膜制备方法众多,目前已经用于生产的工艺方法可分为以下五类:一、采用感应热蒸发加热氧化硅材料制备氧化硅膜材料...
2018 - 08 - 17
独石陶瓷电容器的绝缘电阻表示当在电容器端子之间施加直流电压 (无纹波) 时,在设定时间 (比如60秒) 之后施加电压和漏电流之间的比率。当一个电容器绝缘电阻的理论值无穷大时,因为实际电容器的绝缘电极之间的电流流量很小,实际电阻值是有限的。上述电阻值称为"绝缘电阻",并用兆欧[MΩ]和欧法拉[ΩF]等单位表示。绝缘电阻值的性能当直流电压直接施加在电容器后,突入电流 (也称充电电流) 的流量如下图1所示。随着电容器逐渐被充电,电流呈指数降低。 电流I (t) 随时间的增加而分为三类 (如方程 (1) 所示),即充电电流Ic (t)、吸收电流Ia (t) 和漏电电流Ir。I (t)=Ic (t)+Ia (t)+Ir 方程 (1)充电电流表明电流通过一个理想的电容器。与充电电流相比,吸收电流有一个延迟过程,并且在低频范围内伴随有介电损耗、造成高介电常数电容器 (铁电性...
2018 - 08 - 16
★ 前言 ★    从二十世纪八十年代开始,以高效发动机和燃汽轮机中高温陶瓷关键零部件开发为导向的陶瓷材料的组成设计、晶界工程、净尺寸成型、烧结技术研发,为先进结构陶瓷的研究与发展培育了人才队伍、奠定了基础。此后三十年,我国在高技术陶瓷制备技术研发和产业化方面取得巨大进展。目前已可以制备各类新型结构陶瓷材料和生产各种复杂形状的陶瓷部件,其中一部分结构陶瓷产品已出口海外。另外,国内先进结构陶瓷产业分布与区域特色已经形成。伴随着我国结构陶瓷材料制备技术的进步和市场的强劲需求,结构陶瓷产业呈现出良好的发展态势,新一代结构陶瓷产品的应用涵盖各个领域,在国民经济和工业现代化进程中发挥重要的作用。先进结构陶瓷产业地域分布      国内先进结构陶瓷产业主要集中在广东、江苏、山东以及湖南、浙江、江西、河南、辽宁等地...
2018 - 08 - 10
★ 前言 ★       近年来,先进结构陶瓷材料一直是世界各国的重点研发方向,并在国防、航天、电子、生物医学等工业领域得到了广泛的应用。欧美、日本等发达国家作为制造业强国,先进结构陶瓷产业更是处于领跑地位,在一些重要领域、关键环节把控了世界市场。那么欧美日三国先进陶瓷产业具体情况如何?本文依据大数据对欧美、日本先进陶瓷产业进行了简要的梳理与总结。大数据分析在以往10年里,世界先进结构陶瓷的市场规模平均以7%~9%的速度递增,约达到数百亿美元。英国Morgan公司曾估算在结构陶瓷的世界市场中,不同的应用领域所占的比例。例如陶瓷轴承,目前国际上著名的轴承公司如SKF、NSK、FAG、KOYO、SNFA等都先后建立了陶瓷轴承生产线,主要用于高速、高精度机床主轴轴承、计算机硬盘驱动器轴承、牙钻轴承以及防磁、防腐、绝缘等领域,特别是军用的和航天航空...
分享到:
新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
上海公司 电话:4000 778 909
电邮:irisexpo@163.com
广州公司 电话:020-8327 6389
电邮:iacechina@unifair.com
版权所有 2017-2020 广东新之联展览服务有限公司
犀牛云提供企业云服务
关注展会官微,在线看展