固有的脆性极大限制了陶瓷的结构应用。在此，开发了三维石墨烯碳纤维（3D G/C f ）网络和双相 AlCoCrFeNi 高熵合金（DHEA），以提升氧化铝陶瓷的机械性能。最初，开发了集成分子动力学模拟和三维有限元模拟的多尺度建模方法，以预测铝 2 -O-DHEA-G 3 /C f 复合材料的有效界面键合和机械行为。此外，通过酰胺键（-CO-NH-）共价键构建了三维 G/C f 网络。最后，采用火花等离子烧结制造了高硬度高韧性的铝 2 – 3 德海亚-G/C f 复合材料。增强机制源于三种协同效应：石墨烯-碳纤维界面的化学嫁接形成三维强化网络，确保高效应力转移;引入的 DHEA 提供额外的能量耗散;以及从纳米级石墨烯到微尺度碳纤维的多尺度架构实现协调的韧性。
该研究以题为“Three-dimensional graphene-carbon fiber network and dual-phase high-entropy alloy for boosting mechanical responses of alumina ceramics”发表在Advanced Composites and Hybrid Materials上。
图(a) 石墨烯接枝碳纤维制备过程的示意图。(b) 石墨烯/碳纤维复合材料的傅里叶变换红外光谱。(c‑j) 扫描电镜图像：(c‑e) 未处理碳纤维以及(f‑j)石墨烯/碳纤维复合材料，放大视图(f1‑h1和f2‑h2)展示石墨烯包覆情况。(k) 四种陶瓷样品的X射线衍射图谱
针对氧化铝陶瓷的本征脆性，研究提出同时引入三维石墨烯/碳纤维（3D G/Cf）网络与双相AlCoCrFeNi高熵合金（DHEA）来协同增韧。先构建分子动力学-三维有限元耦合的多尺度模型，预测Al₂O₃-DHEA-G/Cf体系的界面结合与力学响应。随后利用酰胺键将石墨烯与碳纤维共价接枝，形成化学键连的3D G/Cf骨架，再通过放电等离子烧结制备出兼具高硬度与高韧性的复合材料。整个思路遵循“模拟预测结构—化学构筑网络—烧结成型”的路线，以实现多相、多尺度增强的集成设计。
增强效果主要来自三种协同机制。一是石墨烯与碳纤维界面通过酰胺共价键形成三维连续强化网络，确保载荷在基体内高效传递。二是引入的双相高熵合金在受力时通过位错滑移和相界活动额外耗散能量，有效钝化裂纹尖端。三是从纳米级石墨烯到微米级碳纤维的多尺度增强体相互配合，使不同层级变形协调，克服单一尺度增韧的局限，实现了硬度与韧性的同步提升。
参考文献：10.1007/s42114-026-01743-5
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