中國粉體網(wǎng)訊 天然材料的機(jī)械性能往往隨著密度的降低而急劇惡化，輕質(zhì)多孔材料面臨著強(qiáng)度低、抗疲勞性能差等瓶頸。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計構(gòu)建輕質(zhì)高強(qiáng)的力學(xué)超材料，有望改善多孔材料隨密度降低而強(qiáng)度劇烈衰減的現(xiàn)象。通過優(yōu)化多孔材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將多孔材料的功能作用和機(jī)械超材料屬性的力學(xué)增強(qiáng)作用相融合，獲得輕質(zhì)彈性、耐用的陶瓷基復(fù)合材料并探究其多功能應(yīng)用具有重要研究意義。
近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所董紹明院士團(tuán)隊研發(fā)了一種具有負(fù)泊松比、高比強(qiáng)度、超彈性和高抗壓強(qiáng)度的陶瓷基復(fù)合材料。該材料兼具負(fù)泊松比及高比強(qiáng)度(E ~ ρ1.3）特性，并可實現(xiàn)高溫條件下隔熱及電磁屏蔽多功能應(yīng)用。
前期，團(tuán)隊利用向心冷凍鑄造技術(shù)，設(shè)計相互垂直的溫度梯度以改變冰晶的生長方向，最終形成內(nèi)凹向心結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了負(fù)泊松比效應(yīng)和優(yōu)異彈性。該成果以“Tailoring centripetal metamaterial with superelasticity and negative Poisson’s ratio for organic solvents adsorption”為題發(fā)表在Science Advances（DOI: 10.1126/sciadv.abo1014）。上海硅酸鹽所2019級博士研究生田力為第一作者，董紹明研究員和楊金山研究員為論文通訊作者。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊結(jié)合向心冷凍鑄造及化學(xué)氣相沉積技術(shù)，形成內(nèi)凹取向結(jié)構(gòu)和“BN/石墨烯/BN”三明治片層，獲得具有層次結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料，實現(xiàn)優(yōu)異的抗壓縮性能，具有負(fù)泊松比和高比強(qiáng)雙重超材料屬性。依賴于陶瓷組分的保護(hù)作用，該材料具有高效的隔熱性能，高溫下具有良好的電磁干擾屏蔽性能。在700℃時，比屏蔽效率(SSE/t)可達(dá)9416 dB·cm2·g-1。
基于負(fù)泊松比效應(yīng)定制層次結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和多功能應(yīng)用的關(guān)鍵。所設(shè)計的分層結(jié)構(gòu)和超材料特性為實現(xiàn)陶瓷基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計提供了一種新的方案。該成果以“Multifunctional Hierarchical Metamaterial for Thermal Insulation and Electromagnetic Interference Shielding at Elevated Temperatures”為題發(fā)表在ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.3c03332）。田力為第一作者，董紹明研究員和楊金山研究員為論文通訊作者。
向心冷凍制備向心石墨烯氣凝膠示意圖
陶瓷基復(fù)合材料的高溫隔熱及高溫電磁屏蔽性能
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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