9月11日，中科院網站發布了上硅所科研董紹明院士團隊在陶瓷基復合材料多功能設計方面取得的進展——包括研發了具有負泊松比（譯者注）、高比強度、超彈性和高抗壓強度的陶瓷基復合材料；以及在此基礎上結合向心冷凍鑄造及化學氣相沉積技術，形成內凹取向結構和“BN/石墨烯/BN”三明治片層，獲得具有層次結構的陶瓷基復合材料等。

陶瓷基復合材料的制備、結構及超材料屬性

天然材料的機械性能往往隨著密度的降低而急劇惡化。輕質多孔材料面臨著強度低、抗疲勞性能差等問題。通過結構優化設計構建輕質高強的力學超材料，有望改善多孔材料隨密度降低而強度劇烈衰減的現象。通過優化多孔材料的結構設計，將多孔材料的功能作用和機械超材料屬性的力學增強作用相融合，獲得輕質彈性、耐用的陶瓷基復合材料并探究其多功能應用具有重要的研究意義。

注：泊松比與材料性能

泊松比（Poisson's ratio）是一種用來描述材料在受力時的變形行為的物理參數：泊松比（ν）=橫向收縮或壓縮變形/縱向拉伸變形。具體來說，當一個材料受到縱向的拉伸力時，它會在橫向產生一定程度的壓縮或收縮變形。常見材料具有正泊松比，意味著材料在拉伸時會橫向膨脹，而在壓縮時會橫向收縮。負泊松比材料非常罕見，在特定應用中具有如減小振動傳遞、提高材料的吸能能力等。

陶瓷基復合材料的高溫隔熱及高溫電磁屏蔽性能

DOI：10.1021/acsnano.3c03332(ACSNano)

輕質蜂窩材料的定制設計因有效提高機械性能和功能應用而受到廣泛關注。然而，強度衰減和脆性行為阻礙了陶瓷整體的蜂窩結構設計。在此，通過向心冷凍鑄造和分層結構相結合，定制了具有負泊松比和高比強度的陶瓷基復合超材料（CCM），具有超彈性、穩定性和高抗壓強度。CCM在壓縮下保持負泊松比響應，最低值達到-0.16，CCM的比模量與密度的關系為E～ρ^1.3，表明機械超材料具有高比強度的特性。除了分層結構賦予的非凡機械性能外，CCM還具有優異的隔熱和電磁干擾屏蔽性能，其導熱系數為30.62mW·m^–1·K^–1，電磁干擾（EMI）屏蔽效率（SE）在室溫下達到40dB。CCM的比EMI屏蔽效率除以厚度(SSE/t)可達9416dB·cm²·g^–1由于其高溫穩定性比傳統陶瓷基復合材料高100倍，可在700℃下實現。此外，設計的分層結構和超材料特性為實現結構和功能協同優化的細胞材料提供了潛在的方案。

向心冷凍制備向心石墨烯氣凝膠示意圖

DOI：10.1126/sciadv.abo1014(ScienceAdvances)

使用獨特的向心冷凍技術組裝了具有徑向結構和負泊松比（NPR）的石墨烯超材料。在向心溫度梯度的驅動下，冰晶向水性石墨烯分散體的中心生長，并形成放射狀排列的骨架。當冰晶升華時，在巨石的對角線上形成了凹入結構。所獲得的向心石墨烯超材料（CGM）具有NPR響應。CGM在50%壓縮下保持NPR，在10%應變下達到最小值(-0.18)。在50%應變下進行50次壓縮循環后，CGM保留了大約96%的原始壓縮強度。徑向通道賦予CGM快速吸收動力學，NPR響應有效地適應了重復吸附-再生循環過程中體積收縮造成的損壞。該策略是實現NPR響應并提高多孔材料力學性能的有效方法。

參考來源：中科院上硅所

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