材料科学 通过裂开解决问题 一种流行新材料的新用途 084 Science and technology - Materials science.mp3 Apr 20th 2011 | from the print edition 像其它的人类活动一样,科学是一个时尚的主题。最新的一个是关于石墨烯的。作为碳的一种形式,这种源自胶带操作的奇妙材料只有一个单层原子厚度,安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫为此获得了去年的诺贝尔物理学奖。由于石墨烯非同寻常的电特性,它被吹嘘为制造一切产品的新途径--从触摸屏到太阳能电池。如今石墨烯的一种低层次应用被提出来。它的另一特性是机械强度高,被亚利桑那大学的埃里卡·科拉尔视为加强陶瓷硬度的一种理想材料。 工程师喜欢压电陶瓷因为它们加热时不会融化,这点不像金属和塑料,尽管它们是脆的。因为压电陶瓷易碎,因此将其用于高物理强度的场合非常困难。但在美国化学协会杂志刚发表的一篇论文《纳米》中,科拉尔博士和她的同事们认为,加入少许石墨烯也许就能解决这个问题。 她们测试的压电陶瓷是氮化硅--一种在太空工业中饱受赞誉的材料。这些部件是将氮化硅粉末置于模具中,处于1000摄氏度高温下烧制数小时而成。不幸的是,温度高于600摄氏度,石墨烯就碎裂,因此研究团队必须想出一种巧妙办法将两种材料融合在一起。解决办法就是利用石墨烯的导电特性,将电流通过混合物,产生的1650摄氏度的高温足以烧结氮化硅,石墨烯也没有碎裂。其原理尚未完全弄清楚。但是通过减慢熔炉加热,快速的电加热看起来没有影响到石墨烯。和纯氮化硅相比,其合成物能经受的压力强度翻倍。 当研究团队在显微镜下观察合成物时,他们发现石墨烯包裹在氮化硅颗粒周围,形成了连续的壁。当他们检查千辛万苦制成的近乎裂开的样品时,发现这些壁加剧了三个维度上的裂解,和通常在氮化硅上观察到的二维裂解模式形成了对比。科拉尔博士推测,那种裂解扩展为三个维度使能量消散的更快,同时制止了缺陷的延展。像合成物裂开一样,这真是一个破裂的点子。 from the print edition | Science and Technology
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