清华大学万春磊副教授JAC：石墨烯/陶瓷基复合材料的可控制备与多功能应用

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除了用作改善传统陶瓷的脆性和电学性能，石墨烯的二维结构和多功能特性赋予了陶瓷复合材料多功能应用的可能。其中的关键在于复合材料微观结构的控制，即控制石墨烯在陶瓷基体中的均匀分散和排列结构以及石墨烯与陶瓷基体间的界面作用。

近日，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室课题组归纳总结了现阶段石墨烯/陶瓷基复合材料的研究发展现状，从复合材料的原料选择、粉末合成和烧结技术，复合材料的力、电、电磁和热性能及其多功能应用等方面进行了系统总结和展望，并以题为“Controllable fabrication and multifunctional applications of graphene/ceramic composites”的综述论文发表在Journal of Advanced Ceramics期刊上(2020年第9卷第3期)。

首先，石墨烯的原料选择影响了其本征性能、分散效果、与陶瓷间的相互作用和制备成本。通过简单的球磨法、胶体法，以及能够实现分子尺度混合的改进胶体法和聚合物衍生法等新型技术可以制备得到复合材料粉体；结合压力烧结技术，最终能够获得具有随机分散、平行排列或网络状石墨烯等结构的块体材料。微观结构对陶瓷基复合材料的力、电、电磁和热学性能都有重要的影响：石墨烯的均匀分散有助于载荷传递、降低渗流阈值；平行排列结构导致性能的各向异性；界面的引入影响了裂纹扩展、电磁波的反射和声子散射等。对微观结构的控制进一步拓宽了石墨烯/陶瓷基复合材料在微波吸收和电磁屏蔽、热电能量转换、自监测损伤探测等领域的应用。

尽管目前石墨烯/陶瓷基复合材料的研究发展迅速，如何设计独特的结构来挖掘更多的功能应用，如石墨烯丰富的缺陷边缘能够应用于催化、场发射等领域；如何完善材料制备技术从而满足结构控制、低成本、大规模和稳定制备等要求仍然有待进一步研究。

图1 本综述的内容概要：石墨烯/陶瓷基复合材料的制备、性能和应用

原文链接
https://link.springer.com/article/10.1007/s40145-020-0376-7

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