具有优异机械性能和功能特性的层次状非晶-结晶陶瓷纳米管阵列纳米复合材料

《Advanced Materials》：Hierarchical Amorphous–Crystalline Ceramic Nanotube Array Nanocomposites with Superior Mechanical and Functional Properties

基于底部向上策略制备的珐琅结构陶瓷纳米复合材料兼具高刚度（71.4 GPa）、高阻尼（tanδ≈0.07）及优异耐疲劳性，其结构源于有序am/cr Titania纳米管阵列骨架与三相界面粘附，具备可成型、生物相容及抗腐蚀特性，适用于动态载荷需求场景。

　　

摘要

尽管在开发高性能陶瓷纳米复合材料方面付出了大量努力，但要同时实现高刚度和高阻尼仍然具有挑战性，因为这些性能通常是相互排斥的。本文采用自下而上的策略，通过大规模制备高度有序的非晶/结晶二氧化钛纳米管阵列，并将其与聚甲基丙烯酸甲酯基体结合，从而制备出一种受珐琅启发的陶瓷纳米管阵列纳米复合材料。这种纳米复合材料同时具备高刚性（纳米压痕杨氏模量：约71.4 GPa；纳米压痕硬度：约4.3 GPa）、高阻尼（tanδ：约0.07）、优异的能量耗散能力（约4.6 μJ μm?3）以及出色的抗疲劳性能，其性能超过了传统的和仿生陶瓷基材料。此外，该材料还具有良好的加工性（可加工成各种形状）、生物相容性（在体内不会对组织造成损伤或引发异常免疫反应）和耐腐蚀性。其卓越的机械性能源于坚固的非晶/结晶陶瓷纳米管阵列结构以及丰富的三相界面粘附力。这项工作通过精确调控纳米管内的异质相，扩展了类似珐琅的材料的层次结构维度，使其成为需要卓越动态承载能力的多用途应用的有希望的候选材料，例如用于口腔健康监测的电子贴片基底。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。