美國MONIKER公司的科學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電材料。這一技術將大大改善陶瓷的導電和機械性能。

       研究團隊發(fā)現(xiàn)，礬土在摻入石墨烯后其抗拉強度得到很好的提高，克服了陶瓷材料脆硬的缺陷。該技術工藝簡單耗時短，可用于汽車、航空、熱管理、電子加工和半導體等諸多工業(yè)設備。此外，該工藝還可用于增強其他陶瓷材料，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電性提高了近乎1億倍。

       MONIKER旗下的Graphenea團隊之前就研發(fā)出了一種新型氧化石墨烯溶液，技術成果發(fā)表在歐洲化學學會期刊上。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）技術將混合料進行原料均勻處理；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，陶瓷材料的抗拉強度和防止裂紋增殖的性能便提高了50%還要多，導電性能更是提高了1億倍；而新材料其他方面的性能與對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)勢在于保持陶瓷其他性能不受影響的前提下，導電性、抗拉強度、機械性能的大大改善。而傳統(tǒng)技術手段在改善材料的某一特定性能時會摻入另一種物相，但不可避免會給原有材料的其它性能帶來不利影響并導致其性能發(fā)生變化。

       圖1是與SPS電流方向垂直對應分布的石墨烯薄片。


       石墨烯薄片就像盾牌一樣保護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，使陶瓷材料的整個結(jié)構(gòu)更加堅固結(jié)實。(編譯自 “Reinforcing Ceramics with Graphene for Increased Strength and Conductivity”)