燕山大学田永君＆赵智胜教授新年又一篇Nature：具有较高形变能力和强度的扭曲层氮化硼陶瓷

燕山大学田永君＆赵智胜教授新年又一篇Nature：具有较高形变能力和强度的扭曲层氮化硼陶瓷

【导读】

在范德瓦尔斯（van der Waals）材料中通过扭曲堆叠形成的莫尔（Moiré）超晶格已经成为探索强关联材料物理和其他新兴现象的新平台。然而，由于缺乏合适的三维块体材料制备策略，目前对扭曲层范德瓦尔斯材料力学性能的研究还比较缺乏。

【成果掠影】

今日，燕山大学田永君＆赵智胜教授课题组合作，报道了一种具有高室温形变能力和强度的多晶氮化硼块体陶瓷的成功合成。该陶瓷由洋葱状氮化硼纳米前驱体通过传统的放电等离子烧结和热压烧结合成，由互锁的叠层纳米片组成，其中平行的叠层具有不同的扭曲角度。该块体陶瓷在断裂前的压缩应变可达到14%，比传统陶瓷(一般小于1%)高约一个数量级，而抗压强度约为普通六方氮化硼层状陶瓷的6倍。优异的机械性能源自于纳米板中扭曲分层的高内在变形能力和三维互锁结构的组合，限制了变形在单个纳米板中的传播。这种扭曲层氮化硼块体陶瓷的出现为制备高度可变形的块体陶瓷打开了一扇大门。相关论文以题为“Twisted-layer boron nitride ceramic with high deformability and strength”的论文发表在Nature上。

【数据概况】

图1. SPS制备块体陶瓷的XRD图谱和显微结构© The author

图2. SPS制备的TS-BN陶瓷具有超高的室温变形能力和强度© The author

图3. TS-BN陶瓷超强变形能力和强度的起源© The author

图4. TS-BN陶瓷的变形方式© The author

【成果启示】

总之，通过在纳米片中引入扭曲的层状结构，构建三维互锁的纳米结构，本工作实现了vdW BN陶瓷的高变形性、塑性和强度。通过添加BN或碳纳米纤维或纳米管，以及添加第二陶瓷相，有望进一步提高扭曲层陶瓷的韧性和强度。塑性变形的实现表明，陶瓷可以实现真正意义上的永久变形，类似于金属，不会发生断裂。本研究中所展示的结构构建策略也为开发具有同时增强室温变形性、强度、韧性和能量吸收的其他层状vdW工程陶瓷提供了参考。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07036-5

本文由温华供稿。