在2017年，石墨烯旗艦伙伴（Graphene Flagship Partners）旗下Eotvos Lorand研究所、匈牙利能源研究中心、弗朗霍夫陶瓷技術與系統研究所、斯洛伐克科學院獲資開發稱為CERANEA的合作項目，這主要是指一種陶瓷、石墨烯夾層結構的功能梯度材料（FGMs）。

如下圖所示：

這種結構就像是用石墨烯填充陶瓷而成的三明治，以期增強材料的功能和性能。幾年后，CERANEA項目負責人兼石墨烯旗艦伙伴ELKH CER的科學顧問介紹了陶瓷-石墨烯FGM的進展，以及在涂層和骨科領域的潛在應用。

研究團隊為新型復合材料生產不同的疊層，并針對所需的電、熱和機械性能組合進行優化。這些疊層包含石墨烯、六方氮化硼 (hBN) 或其他層狀材料，以及陶瓷，如氮化硅、碳化硅和氧化鋯。石墨烯添加劑是重要的填料，可提高陶瓷基體的耐磨性和導電性。石墨烯還提高了熱質量和抗裂能力。關鍵在于這些復合材料的精心組合，這決定了它們的孔隙率和導電性。比如，創建一個夾層結構，以陶瓷為底層，陶瓷和石墨烯的混合物為中間層，石墨烯的泡沫狀結構為頂層。隨著石墨烯濃度從底部到頂部增加，材料的孔隙率和電導率也會增加。

分層結構可以提供行業所需的性能。這些材料比當前的陶瓷更能抵抗電弧引起的損壞，因此可用作觸點、開關或耐磨部件的持久涂層。石墨烯可以替代貴金屬，如金或銀納米粒子，從而實現更可持續和資源效率更高的制造，CERANEA項目展示了以工業規模和經濟實惠的方式生產這些涂料的可行性。在骨科植入方面，天然骨骼存在形狀、成分、硬度的差異，類似地，陶瓷-石墨烯復合材料中不同數量的石墨烯會導致不同的孔隙率。出于這個原因，我們用陶瓷和石墨烯制成的三明治結構可以應用于骨骼重建。

已取得的進展

研究團隊利用市面上的石墨微粉制備多層石墨烯和氧化石墨烯。繼而，團隊還研究了基于氮化硅和氧化鋯的陶瓷以及不同數量的多層石墨烯，并且確定了最佳的石墨烯、氮化硅和氧化鋯“三明治”——層重量為30%的多層石墨烯 (MLG)，夾在兩層5%MLG 之間。與相反的比例 (30-5-30 wt% MLG) 相比，這種配置使機械性能提高了兩到三倍。夾心復合材料是理解材料成分和結構之間關系的寶貴模型。

編譯 YUXI