9月11日，中科院网站发布了上硅所科研董绍明院士团队在陶瓷基复合材料多功能设计方面取得的进展——包括研发了具有负泊松比（译者注）、高比强度、超弹性和高抗压强度的陶瓷基复合材料；以及在此基础上结合向心冷冻铸造及化学气相沉积技术，形成内凹取向结构和“BN/石墨烯/BN”三明治片层，获得具有层次结构的陶瓷基复合材料等。

陶瓷基复合材料的制备、结构及超材料属性

天然材料的机械性能往往随着密度的降低而急剧恶化。轻质多孔材料面临着强度低、抗疲劳性能差等问题。通过结构优化设计构建轻质高强的力学超材料，有望改善多孔材料随密度降低而强度剧烈衰减的现象。通过优化多孔材料的结构设计，将多孔材料的功能作用和机械超材料属性的力学增强作用相融合，获得轻质弹性、耐用的陶瓷基复合材料并探究其多功能应用具有重要的研究意义。

注：泊松比与材料性能

泊松比（Poisson's ratio）是一种用来描述材料在受力时的变形行为的物理参数：泊松比（ν）=横向收缩或压缩变形/纵向拉伸变形。具体来说，当一个材料受到纵向的拉伸力时，它会在横向产生一定程度的压缩或收缩变形。常见材料具有正泊松比，意味着材料在拉伸时会横向膨胀，而在压缩时会横向收缩。负泊松比材料非常罕见，在特定应用中具有如减小振动传递、提高材料的吸能能力等。

陶瓷基复合材料的高温隔热及高温电磁屏蔽性能

DOI：10.1021/acsnano.3c03332(ACSNano)

轻质蜂窝材料的定制设计因有效提高机械性能和功能应用而受到广泛关注。然而，强度衰减和脆性行为阻碍了陶瓷整体的蜂窝结构设计。在此，通过向心冷冻铸造和分层结构相结合，定制了具有负泊松比和高比强度的陶瓷基复合超材料（CCM），具有超弹性、稳定性和高抗压强度。CCM在压缩下保持负泊松比响应，最低值达到-0.16，CCM的比模量与密度的关系为E∼ρ^1.3，表明机械超材料具有高比强度的特性。除了分层结构赋予的非凡机械性能外，CCM还具有优异的隔热和电磁干扰屏蔽性能，其导热系数为30.62mW·m^–1·K^–1，电磁干扰（EMI）屏蔽效率（SE）在室温下达到40dB。CCM的比EMI屏蔽效率除以厚度(SSE/t)可达9416dB·cm²·g^–1由于其高温稳定性比传统陶瓷基复合材料高100倍，可在700℃下实现。此外，设计的分层结构和超材料特性为实现结构和功能协同优化的细胞材料提供了潜在的方案。

向心冷冻制备向心石墨烯气凝胶示意图

DOI：10.1126/sciadv.abo1014(ScienceAdvances)

使用独特的向心冷冻技术组装了具有径向结构和负泊松比（NPR）的石墨烯超材料。在向心温度梯度的驱动下，冰晶向水性石墨烯分散体的中心生长，并形成放射状排列的骨架。当冰晶升华时，在巨石的对角线上形成了凹入结构。所获得的向心石墨烯超材料（CGM）具有NPR响应。CGM在50%压缩下保持NPR，在10%应变下达到最小值(-0.18)。在50%应变下进行50次压缩循环后，CGM保留了大约96%的原始压缩强度。径向通道赋予CGM快速吸收动力学，NPR响应有效地适应了重复吸附-再生循环过程中体积收缩造成的损坏。该策略是实现NPR响应并提高多孔材料力学性能的有效方法。

参考来源：中科院上硅所

粉体圈 编译整理