燕山大學田永君＆趙智勝教授新年又一篇Nature：具有較高形變能力和強度的扭曲層氮化硼陶瓷

燕山大學田永君＆趙智勝教授新年又一篇Nature：具有較高形變能力和強度的扭曲層氮化硼陶瓷

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【導讀】

在范德瓦爾斯（van der Waals）材料中通過扭曲堆疊形成的莫爾（Moiré）超晶格已經成為探索強關聯材料物理和其他新興現象的新平臺。然而，由于缺乏合適的三維塊體材料制備策略，目前對扭曲層范德瓦爾斯材料力學性能的研究還比較缺乏。

【成果掠影】

今日，燕山大學田永君＆趙智勝教授課題組合作，報道了一種具有高室溫形變能力和強度的多晶氮化硼塊體陶瓷的成功合成。該陶瓷由洋蔥狀氮化硼納米前驅體通過傳統的放電等離子燒結和熱壓燒結合成，由互鎖的疊層納米片組成，其中平行的疊層具有不同的扭曲角度。該塊體陶瓷在斷裂前的壓縮應變可達到14%，比傳統陶瓷(一般小于1%)高約一個數量級，而抗壓強度約為普通六方氮化硼層狀陶瓷的6倍。優異的機械性能源自于納米板中扭曲分層的高內在變形能力和三維互鎖結構的組合，限制了變形在單個納米板中的傳播。這種扭曲層氮化硼塊體陶瓷的出現為制備高度可變形的塊體陶瓷打開了一扇大門。相關論文以題為“Twisted-layer boron nitride ceramic with high deformability and strength”的論文發表在Nature上。

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【數據概況】

圖1. SPS制備塊體陶瓷的XRD圖譜和顯微結構? The author

圖2. SPS制備的TS-BN陶瓷具有超高的室溫變形能力和強度? The author

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圖3. TS-BN陶瓷超強變形能力和強度的起源? The author

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圖4. TS-BN陶瓷的變形方式? The author

【成果啟示】

總之，通過在納米片中引入扭曲的層狀結構，構建三維互鎖的納米結構，本工作實現了vdW BN陶瓷的高變形性、塑性和強度。通過添加BN或碳納米纖維或納米管，以及添加第二陶瓷相，有望進一步提高扭曲層陶瓷的韌性和強度。塑性變形的實現表明，陶瓷可以實現真正意義上的永久變形，類似于金屬，不會發生斷裂。本研究中所展示的結構構建策略也為開發具有同時增強室溫變形性、強度、韌性和能量吸收的其他層狀vdW工程陶瓷提供了參考。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07036-5

本文由溫華供稿。