项目名称: 原位还原石墨烯/榴石陶瓷复合材料的生成机制和强韧化机理

项目编号: No.51502052

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 何培刚

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 21万元

中文摘要: 由铝硅酸盐聚合物转化制备的榴石陶瓷材料具有轻质、耐热、耐腐蚀、环境友好等优点,因此在航空航天、冶金、化工和国防等领域具有潜在的应用前景。但是材料本身的低强度和低韧性严重制约了其广泛使用。本项目拟利用氧化石墨烯易分散且在碱性溶液中和高温下可还原的特性,借助铝硅酸盐聚合物陶瓷化技术,原位还原生成分布均匀的石墨烯强韧榴石陶瓷复合材料,解决石墨烯易团聚的难题,并实现榴石陶瓷的原位强韧化。本项目将系统研究氧化石墨烯在碱性溶液中和高温下的还原机理、氧化石墨烯对铝硅酸盐聚合物聚合机理和陶瓷化机制的影响规律、以及石墨烯强韧榴石陶瓷复合材料的界面结构和力学性能演化规律,阐明复合材料的强韧化机制,揭示该系复合材料的组成、组织结构和性能之间的内在联系,为制备出性能优异的石墨烯/榴石陶瓷复合材料提供理论依据与实验指导,因此具有重要的学术价值和潜在的工程应用前景。

中文关键词: 石墨烯;铝硅酸盐聚合物;原位还原;微观结构调控;力学性能

英文摘要: Ceramics derived from geopolymer precursors have found potential applications in the area of aeronautics and astronautics, metallurgy, chemical engineering, and national defense, among others, due to their prominent properties of low density, heat and corrosion resistance, low price and environmentally friendly nature. However, low mechanical properties and brittle failure nature of this kind of ceramics have limited their practical applications. In this project, based on the good dispersion and alkaline/heat reduction of graphene oxide together with ceramification of geopolymer precursor, graphene/leucite composite will be in-situ synthesized through high-temperature heat treatment. The processing method will overcome the problem of agglomeration of graphene and result in its in-situ strengthening and toughening effect. We will investigate the reduction mechanisms of graphene oxide in alkaline solution and high temperature, effects of graphene oxide on the geopolymerization and ceramification of geopolymer, interfacial structure and mechanical property evolution of graphene/leucite composite together with strengthening and toughening mechanisms. The project aims to reveal the intrinsic relationship between composition, microstructure and properties of such kind of materials, and provide theoretical and technical supports for processing of high-performance graphene/leucite composite, which have important academic value and potential engineering application prospects.

英文关键词: Graphene;Geopolymer;In-situ reduction;Microstructure control;Mechanical properties

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