清华大学Chunlei Wan课题组--在陶瓷基体中嵌入二维石墨烯阵列

将二维(2D)石墨烯片分散到3D材料矩阵中，是一种很有前途的方法，可以获得大量单个石墨烯片特殊的力学和电学性能，用于宏观应用。然而，由于石墨烯片在3D结构中的分布和取向不受控制，石墨烯-基体键合能力弱，载荷传递能力差，这在很大程度上受到了限制。在此，我们提出了一种之前未报道的方法，将有序2D石墨烯阵列嵌入陶瓷基体中，将脆性陶瓷的灾难性断裂破坏模式转化为稳定裂纹扩展行为，机械韧性提高250%至500%。在块体陶瓷中获得了前所未有的低干滑动摩擦系数0.06，这主要是由于有序的2D石墨烯阵列抑制了微裂纹的扩展。这些独特的、低成本的2D石墨烯阵列/陶瓷复合材料，具有优异的结构和功能特性，可应用于恶劣环境中。

Fig. 1. 一种合成单层石墨烯/陶瓷复合材料的简便方法。

Fig. 2. FLG/陶瓷复合材料的形态和结构表征。

Fig. 3. FLG/陶瓷复合材料的摩擦学性能。

Fig. 4. FLG/陶瓷复合材料的力学性能及增韧机理。

Fig. 5. FLG/陶瓷复合材料的EMI屏蔽效能(SE)。

相关研究成果于2020年由清华大学Chunlei Wan课题组，发表在Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.abb1338)上。原文：Embedding two-dimensional graphene array in ceramic matrix。